轉爐托圈和扭力桿的設計理論分析.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、大噸位轉爐設備屬于重型設備,體積大,重量大,空間結構形式復雜。轉爐設備運行于高溫和沖擊重載環(huán)境,運行工況十分惡劣?,F有的結構力學設計理論不能勝任轉爐設備設計的應力分析和變形分析,需要進行全尺寸、三維、復雜荷載下的熱-機耦合非線性有限元分析和計算,計算建模工作量大,計算周期長,專業(yè)性強,設計院的普通設計工程師難以勝任,嚴重制約了我國大型轉爐的自主創(chuàng)新設計。本文針對轉爐設備中最為關鍵的兩個部件,也是設計理論最為缺乏的變截面扭力桿和單箱雙室水

2、冷托圈進行研究,發(fā)展適合于普通工程設計師使用的新的設計理論和方法。
   本文采用初等彈性理論和梁桿振動理論,建立了變截面扭力桿的應力、變形和振動理論分析模型,推導了應力、變形和振動理論公式。與三維全尺寸扭力桿有限元模型數值解的比較表明,理論解精度較高,適合于扭力桿的強度、剛度和振動特性的設計分析。
   基于閉口薄壁桿件的約束扭轉理論,建立了單箱雙室閉口薄壁的托圈機械應力和機械變形分析的理論模型,推導了托圈內力、空間應

3、力和空間變形理論公式。與三維全尺寸托圈結構有限元模型數值解的比較表明,理論解正確反映了托圈應力的復雜變化規(guī)律,精度較高,適用于基于機械荷載的托圈結構設計與分析。
   根據大體積轉爐爐體熱輻射的特征,針對水冷托圈外表面溫度場的徑向、軸向和周向分布,提出了“二向線性(分布)理論”,推導了托圈空間溫度場理論公式。與三維全尺寸托圈結構有限元模型溫度場數值解的比較表明,理論解正確反映了溫度的復雜變化規(guī)律,計算精度符合工程設計要求。

4、>   采用熱彈性理論和力法,建立了單箱雙室水冷托圈熱應力和熱變形分析的理論模型,推導了托圈空間熱應力和空間熱變形的理論公式。與j維全尺寸托圈結構有限元模型熱應力和熱變形數值解的比較表明,理論解可以正確反映熱應力和熱變形的變化規(guī)律,計算精度符合工程設計要求。
   基于機械應力、機械變形、熱應力和熱變形的理論分析,采用應力分量和變形分量直接疊加的方法,建立了單箱雙室水冷托圈的熱-機耦合應力和耦合變形的理論求解方法。與三維全尺寸

5、托圈結構有限元模型熱-機耦合應力和熱-機耦合變形數值解的比較表明,理論解可以正確反映耦合應力和耦合變形的復雜變化規(guī)律,計算精度符合工程設計要求,尤其是熱-機耦合變形的理論解,具有相當高的計算精度。
   由于所提出的應力和變形理論分析公式,均可以用解析式表達,計算編程簡單,分析方便,大大縮短了扭力桿和托圈的設計周期,適合于普通設計工程師使用,從而為大型轉爐的復雜扭力桿和托圈結構在復雜的機械載荷和熱載荷聯合作用下的結構設計,提供了

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