大圆角过渡耳板式冶金起重机板钩梁热机耦合强度分析(2)

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7.1 方案一整体机械变形 26

7.2 方案一整体机械应力场和最大机械应力 27

7.3 方案一耳板机械应力的变化 30

7.4 方案二耳板机械应力的变化 33

结论 36

致谢 37

参考文献 38

1 引言

随着社会的高速发展，各行各业对钢铁的需求与日俱增。为了满足社会需求，抢夺有限的钢铁市场和提高自身的经济效益，各大钢铁企业在想方设法增加产量，提高产品质量，扩充产品种类[1]。但随之而来的是，由于企业设备老化，甚至是企业设备本身存在设计缺陷，各地出现了很多钢铁企业的安全生产事故。这些事故往往会造成人员伤亡和重大的经济损失。这些事故中，以冶金起重机故障造成的人员伤亡更惨重，经济损失更大。因此，各位学者对冶金起重机的相关研究越来越多。论文网

1.1 冶金起重机简介

冶金起重机是钢铁企业生产需要的重要设备。有吊运液态金属的铸造起重机，吊运钢料及其他辅料的加料起重机及运送钢坯的钢坯夹钳起重机等等[2、3]。这些起重机中，铸造起重机由于受到高温液态金属的热辐射，表面温度较高，且温度分布不均匀[4]。此外，受到企业产能要求，铸造起重机吊运的钢水包及钢水总重往往高达几百吨。因此，铸造起重机是多种冶金起重机中工作环境最严酷的，最容易发生开裂事故[5]。对冶金起重机的研究也多指铸造起重机。

2 本课题的研究内容及研究手段

2.1 研究内容

某炼钢厂的起重设备在实际生产过程中，仅仅工作了几个月就出现了开裂问题。该设备（板钩梁）主要负责吊运钢水包及高温钢水，总重量为420吨。在高温辐射的影响下，板钩梁下翼板温度分布不均匀，温差较大，受温度载荷和机械载荷的双重作用，在下翼板与耳板的连接处发生了开裂。这种开裂破坏直接危及钢铁企业的生产安全和职工的生命安全，企业不得不因此停产整改设备，造成了企业较大的经济损失。为了解决开裂问题，一种改进方案中，耳板与下翼板连接处采用大圆角过渡方式。本课题将研究这种改进方案对耳板应力的影响。

2.2 研究手段

采用三维接触有限元方法，先通过Pro/e进行结构建模，再利用HyperMesh实现网格离散。采用三维接触单元和力学模型，对大圆角过渡耳板式冶金起重机板钩梁的热机耦合强度进行分析，找出圆角过渡对应力的影响[6、7]。

研究步骤：

(1) 根据图纸应用Pro/e进行初步的三维建模；

(2) 结合课题研究重点及实际生产中的载荷情况简化模型；

(3) 应用HyperMesh进行网格离散，对重点研究部分网格细化；

(4) 应用ANSYS加载和接触单元设置；

(5) ANSYS接触分析；

(6) 分析计算结果，得出结论。

3 软件介绍

3.1 Pro/Engineer

Pro/Engineer简称Pro/e，是当前世界上应用最广泛的CAD/CAM/CAE软件之一。美国参数技术公司（PTC）于1988年推出了Pro/e的V1.0版本，时至今日，软件已经发展了多个版本。2010年，PTC公司发布了Creo软件，标志着Pro/engineer被正式改名为Creo，但国内仍习惯称其为Pro/e。软件的最新版本是Creo Parametric 2.0，无论在软件功能，还是在界面优化方面都达到了前所未有的高度[8]。作为世界上第一个采用参数化设计理念的软件，Pro/e在与众多三维建模软件的竞争中一直处于佼佼者的地位，是大多数工程师进行产品设计时青睐的对象。这使得它能够在机械、航空航天、电子、军工等领域频繁亮相，对各行各业都有着突出贡献。文献综述