轉(zhuǎn)爐托圈及聯(lián)接裝置機械應(yīng)力的三維非線性

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1、轉(zhuǎn)爐托圈及聯(lián)接裝置機械應(yīng)力的三維非線性有限元分析潘天成潘紫微包家漢童靳于摘要針對某鋼廠3號轉(zhuǎn)爐托圈水平聯(lián)接座與下蓋板焊接處產(chǎn)生的裂紋問題,建立整體裝配模型,運用三維非線性有限元法,對托圈在焊接人孔和活動人孔兩種情形下,不同傾動角度時,進行了機械應(yīng)力分析,分析結(jié)果表明:兩種情形下托圈整體機械應(yīng)力分布大致相同,且應(yīng)力水平相當;水平聯(lián)接座與下蓋板焊接處機械應(yīng)力水平過高,這與國外某鋼廠此處過早產(chǎn)生斷裂損壞完全一致。MechanicalStressofConverterLoopandLinkageAnalysisby3DNon-linearFiniteElementPanTianchengP

2、anZiweiBaoJiahanTongJinyu(MechanicalEngineeringCollege,AnhuiUniversityofTechnology,Maanshan,Anhui,243002)BSTRACTAimedatthecrackproblemofplacethattheconverterlooplevelbaseframeweldtogetherwithdowncoverplateinafactory,awholeassemblymodelismade,Undertheloopwiththeweldingmanholeconditionandwithact

3、ivistmanholecondition,mechanicalstressofloopisanalyzedby3-Dnon-linearfiniteelementatdifferentlocation.Itisfoundthatthatthedistributionofmechanicalstressandthestresslevelaremuchthesameinthetwoconditions;themechanicalstressattheplacethattheconverterlooplevelofconnectionblocksweldtogetherwithdown

4、coverplateishigher,itiscoincidencewiththepre-maturedestructionofforeignsteelfactory.KEYWORDSConverterloopIntegralassemblyNon-linearFEMManholeMechanicalstress51前言托圈在轉(zhuǎn)爐支承系統(tǒng)中,是基本承載構(gòu)件和基本傳動構(gòu)件[1]。轉(zhuǎn)爐爐體與托圈的聯(lián)接裝置是轉(zhuǎn)爐本體裝置的關(guān)鍵設(shè)備之一。聯(lián)接裝置可以保證爐體牢固地連接在托圈上;同時允許爐體和托圈之間由于熱膨脹所產(chǎn)生的相對位移[2]。某鋼廠300T轉(zhuǎn)爐托圈水平聯(lián)接座與下蓋板焊接處發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生裂紋

5、,為了保證安全生產(chǎn),減少損失。因此有必要對托圈整體及聯(lián)接裝置的機械性能進行評估,找出薄弱環(huán)節(jié),使日常檢查的目標和范圍更明確和集中。2托圈結(jié)構(gòu)及CON-LINK聯(lián)接裝置分析分析托圈圖紙及現(xiàn)場觀測可知,此300T轉(zhuǎn)爐托圈是一個大型的、鋼板焊接的復(fù)雜結(jié)構(gòu),托圈分四段在現(xiàn)場組裝。主體是由上、下蓋板和內(nèi)外腹板、驅(qū)動側(cè)和游動側(cè)耳軸、耳軸塊焊接而成的箱體結(jié)構(gòu)。托圈箱體內(nèi)部焊接有立筋板、橫隔板(如圖1所示)。托圈的聯(lián)接裝置采用VAI的CON-LINK聯(lián)接方式,該裝置是由三組豎直方向的鉸形聯(lián)接和二組水平方向的鉸形聯(lián)接以及出鋼側(cè)的水平托板組成。三組豎直方向鉸形聯(lián)接用于懸掛爐殼,主要承受垂直于托圈面的載

6、荷;兩組水平方向鉸形聯(lián)接由于限制爐殼扭轉(zhuǎn),主要承受平行于托圈面的載荷[4][5]。由于托圈及聯(lián)接裝置的三維整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜,運用線性有限元方法單獨分析托圈很難得到合理的結(jié)果,為考慮真實的整體裝配三維空間結(jié)構(gòu)和受力情況,進行合理的應(yīng)力和變形分析,需對托圈及聯(lián)接裝置整體裝配模型進行三維非線性有限元分析。5圖1托圈整體三維實體模型Fig.1:Theoverallthree-dimensionalsolidmodelofloop3托圈及聯(lián)接裝置整體裝配模型的建立用三維CAD軟件建立托圈及聯(lián)接裝置的整體裝配三維幾何模型。采用8節(jié)點的三維實體單元進行網(wǎng)格劃分。本文在進行機械應(yīng)力計算時,為了得到不同

7、形式的人孔對托圈整體機械性能的影響,分別對焊接人孔和活動人孔(是指在托圈人孔處焊接人孔座,人孔蓋與人孔座通過螺栓聯(lián)接的人孔。)兩種情況均進行了分析,模型如圖2和3所示。對托圈網(wǎng)格細分,對爐體網(wǎng)格相對粗分[3],對CON-LINK裝置球鉸連接處采用六面體網(wǎng)格劃分,且保證接觸面處節(jié)點重合。對若干應(yīng)力可能集中的危險區(qū)域進行網(wǎng)格細化,對關(guān)鍵結(jié)構(gòu)采用手動網(wǎng)格劃分。圖2焊接人孔時托圈及爐體網(wǎng)格劃分Fig.2:Griddingofloopandconverterbodywhenwe

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