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1、第卷第期样敬,年月脚高炉炉壳结构力学分析及应用软件沈影邵同平马例海杨畏安中冶南方工程技术有限公司摘要运用现代力学理论和计算机有限元技术,详细分析了高炉炉壳在各种工况下的应力情况,同时,开发了高炉炉壳结构力学分析软件包,应用该软件成功对各,。型高炉炉壳进行分析设计取得良好效果关键词高炉炉壳结构有限单元法力学分析,,高炉炉壳既是复杂的工程结构又是炼铁的主计算而理论和实践都说明孔洞周边是高炉炉壳最。,。要设备高炉在完成规定工艺功能的同时其炉壳薄弱的环节之一温度应力无法计算等应用计算,,,应具有对各种因
2、素的承受能力以确保高炉在使用机有限元技术可以克服以上不足对炉壳进行更详。。过程中的安全性和耐久性炼铁的工艺过程相当复细和深人的力学分析杂,高炉的使用环境恶劣,高炉炉壳的受力特征尚不高炉炉壳力学分析的主要技术完全清楚,传统的高炉炉壳设计手段存在组合壳体的应力计算。组合壳体的传统计不少局限,,“”,,性迄今为止我国尚未发布高炉结构设计规范算方法是在组合壳体的各分段接头处运用内力平现在的高炉炉壳设计方法还停留在,以经验公式为主衡和变形协调来求解内力和位移进而根据物理方。。,的较低层次程来求得应力在线弹
3、性和均匀荷载下对于长壳随着各种力学理论的进步和计算机技术的发的组合壳可以列出线性方程组并由相关的数值计算展,重新进行高炉炉壳结构力学分析的研究不仅有软件来求解。但是对于短壳的组合壳,由于要考虑了可能,而且有非常重要的现实意义。是一到壳体边缘效应的相互影响而使情况变得更加复杂。。,种功能十分强大的有限元分析软件若要利用而不易求解因此要对计算模型进行合理的简化对实际工程问题进行分析计算,则必须要求操和计算假设,用有限元技术对任意边界条件、任意荷,、,作人员对所用到的模块比较熟悉而且对载作用下任意壳体
4、组合进行求解就能得到合理的。,。力学和有限元的理论知识有较高的理解因此对结果,。于普通设计人员来讲直接用软件分析高炉单工况及组合工况炉壳的应力分布单工。炉壳结构具有相当的难度况的分析有助于发现每种荷载作用下炉壳的受力机本文通过运用现代力学理论和计算机有限元技理,评估各个单工况对炉壳的影响大小和影响方式,术,详细分析了高炉炉壳在各种工况下的应力情况,同时发现不利的影响因素而组合工况的分析对于对高炉炉壳的受力状态有炉壳结构的整体应力分布有一个全面的认识,也是了更精准和更深人的认识,为各。。型高炉的设
5、计提供了可靠的技术保障同进行高炉结构板厚设计的前提,,。时为方便设计人员对高炉炉壳进行力学分析用开大孔及加固后应力的分布情况高炉炉、、、、,开发了基于平台的高炉炉壳结壳上有铁口风口导出管人孔测温孔等大孔由,、构力学分析软件并成功用于实际工程的高炉炉壳于孔边应力集中的影响因素很多包括孔的多少。、、设计孔的位置孔的大小几何尺寸壳的厚度及曲率高炉炉壳力学分析等,因而加固的方法不一,理论上进行求解计算的高。,炉炉壳通常是根据公式和工程经验进行公式相当复杂根据壳体开孔加固理论对孔洞进,,,设计常常有如下缺
6、陷计算部位太少无法全面反行合理的假设用有限元技术得到加固后的应力分,。映高炉炉壳应力分布特征孔洞处的应力集中无法布进而确定加固的范围及板厚··。,,计算模型简化计算模型的简化包括边界算为基础再计人加厚板的加强效应便可导出有。条件和荷载条件简化高炉炉壳由于要与热风围围壁加厚板组合加强的圆形切口的应力系数的简、、,。管高炉炉身框架炉顶设备等相连使情况变得相化计算方法。,、。当复杂因此有必要进行适当合理的简化洞口加固理论由于炉壳本身与设备件具有相关关系,使得炉、,壳上开有大小不一的数量巨大的孔洞必须对
7、这些。洞口按实际情况进行合理的简化应用洞口加固理半。论对炉壳上大洞口部位的应力集中进行详细分析围壁加固。理论①承受沿径向均匀分布。,线荷载的圆柱壳的有效长度假想有一长度为’图假想圆柱壳半径为,厚度为占的圆柱壳,如图所示。此假‘。想的圆柱壳承受均布压力当假想的圆柱壳‘二产生的法向位移正好等于图所示在处的法向位移时,此时的假想圆柱壳的长度称为有效长‘。,度作此假设主要是为了把三维问题简化为二维问题假想圆柱壳的变形在长度方向上是相同。。。,的有效长度为厂若丫丽式中为半径占雪为板厚,睿有效长度系数。②围
8、壁的近似处理。开图圆柱壳。口降低了空口区的强度围壁的设置见图乃是为了补偿结构因开孔而引起的强度损失,作为这种补强效果的一种度量,引入围壁有效面积或。二‘,者称之为相当面积围壁的有效面积为占、。即筋污利用虚位移原理及围壁与壳体孔边位移协调,可求得孔边挠度值,及孔边诸内力,。值进而可由应力系数来方便的表示应力。。、之值分析最大应力集中系数凡的计算公,,。。式可以发现最大应力集中系数只与四个。一。参数厂一尸苦直接相关为表征壳体厚图开有围壁加强的圆形切口圆柱壳度的几何参数为表征开孔大小的几何参数苦为表征
