轉(zhuǎn)爐托圈和扭力桿的設(shè)計(jì)理論分析.pdf

1、大噸位轉(zhuǎn)爐設(shè)備屬于重型設(shè)備，體積大，重量大，空間結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜。轉(zhuǎn)爐設(shè)備運(yùn)行于高溫和沖擊重載環(huán)境，運(yùn)行工況十分惡劣。現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)力學(xué)設(shè)計(jì)理論不能勝任轉(zhuǎn)爐設(shè)備設(shè)計(jì)的應(yīng)力分析和變形分析，需要進(jìn)行全尺寸、三維、復(fù)雜荷載下的熱-機(jī)耦合非線性有限元分析和計(jì)算，計(jì)算建模工作量大，計(jì)算周期長，專業(yè)性強(qiáng)，設(shè)計(jì)院的普通設(shè)計(jì)工程師難以勝任，嚴(yán)重制約了我國大型轉(zhuǎn)爐的自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)。本文針對轉(zhuǎn)爐設(shè)備中最為關(guān)鍵的兩個(gè)部件，也是設(shè)計(jì)理論最為缺乏的變截面扭力桿和單箱雙室水

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

3、力和空間變形理論公式。與三維全尺寸托圈結(jié)構(gòu)有限元模型數(shù)值解的比較表明，理論解正確反映了托圈應(yīng)力的復(fù)雜變化規(guī)律，精度較高，適用于基于機(jī)械荷載的托圈結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析。
　　 根據(jù)大體積轉(zhuǎn)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(dǎo)了托圈空間溫度場理論公式。與三維全尺寸托圈結(jié)構(gòu)有限元模型溫度場數(shù)值解的比較表明，理論解正確反映了溫度的復(fù)雜變化規(guī)律，計(jì)算精度符合工程設(shè)計(jì)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(yīng)力和熱變形分析的理論模型，推導(dǎo)了托圈空間熱應(yīng)力和空間熱變形的理論公式。與j維全尺寸托圈結(jié)構(gòu)有限元模型熱應(yīng)力和熱變形數(shù)值解的比較表明，理論解可以正確反映熱應(yīng)力和熱變形的變化規(guī)律，計(jì)算精度符合工程設(shè)計(jì)要求。
　　 基于機(jī)械應(yīng)力、機(jī)械變形、熱應(yīng)力和熱變形的理論分析，采用應(yīng)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(jī)耦合應(yīng)力和耦合變形的理論求解方法。與三維全尺寸

5、托圈結(jié)構(gòu)有限元模型熱-機(jī)耦合應(yīng)力和熱-機(jī)耦合變形數(shù)值解的比較表明，理論解可以正確反映耦合應(yīng)力和耦合變形的復(fù)雜變化規(guī)律，計(jì)算精度符合工程設(shè)計(jì)要求，尤其是熱-機(jī)耦合變形的理論解，具有相當(dāng)高的計(jì)算精度。
　　 由于所提出的應(yīng)力和變形理論分析公式，均可以用解析式表達(dá)，計(jì)算編程簡單，分析方便，大大縮短了扭力桿和托圈的設(shè)計(jì)周期，適合于普通設(shè)計(jì)工程師使用，從而為大型轉(zhuǎn)爐的復(fù)雜扭力桿和托圈結(jié)構(gòu)在復(fù)雜的機(jī)械載荷和熱載荷聯(lián)合作用下的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提供了