转炉扭力杆缓冲装置三维非线性有限元分析

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1、转炉扭力杆缓冲装置三维非线性有限元分析童靳于1潘紫微1包家汉1潘天成1曹天明2摘要针对某厂扭力杆缓冲装置运行时出现的问题，运用有限元软件建立其整体装配非线性有限元模型，充分考虑螺栓预紧力、零件间过盈配合及接触非线性，分析扭力杆缓冲装置在最大倾动力矩与事故状态下的应力分布及强度，提出螺栓联接修改建议。研究结果表明：螺栓根部出现严重的应力集中现象，这与螺栓过早损坏是一致的；扭力杆在最大倾动力矩作用下安全裕度较大；在事故状态下最大应力出现在扭力杆键槽附近，其值接近材料疲劳强度极限。研究结果为螺栓联结的改进提供了依据，也为扭力杆的设计制造与检修提供理论依据。关键词扭力杆缓冲装置；

2、整体装配模型；非线性有限元；预紧力；接触应力TheAnalysisofConverter’sTorsionSystemBasedOn3-DNonlinearFEMTongJin-yu1,PanZi-wei1,BaoJia-han1,PanTian-cheng1,CaoTian-ming2(1.MechanicalEngineeringCollege,AnhuiUniversityofTechnology,Maanshan,Anhui2303222，China；2.MaanshanIron&SteelCompanyLimited,Maanshan,Anhui2303222，

3、China)ABSTRACTAimedatsomeproblemsabouttorsionsystemofafactory,the3-DnonlinearFEMwholeassemblymodelisestablished.Theinfluenceofboltpretighteningload、theinterferencefitandthenonlinearcontactisfullconsidered.Thestressdistributionandstrengthisanalyzedunderthemaximumtiltingmomentandtheemergenc

4、yconditionandtheproposalofboltconnectionismade。Itisfoundthatstressconcentrationphenomenonexistsintherootofboltanditisincoincidencewiththepre-maturedestructionofit.Thesafetymarginunderthemaximumtiltingmomentconditionislarge,andundertheemergencyconditionisapproachtheultimatefatiguestrength.

5、ResearchResultprovidesatheoreticalbasisforimprovingtheboltconnectedandfordesigningandrepairingtorsionbar.KEYWORDSTorsionsystemWholeassemblymodelNonlinearFEMPretighteningloadContactstress引言扭力杆缓冲装置是目前国内大型转炉倾动机构普遍采用的平衡缓冲装置，用来平衡转炉倾动时引起的悬挂减速机壳体的旋转力矩，其性能直接影响到转炉设备的正常工作，扭力杆缓冲装置的分析涉及到螺栓、螺柱的预紧，扭力杆与

6、联接板间过盈配合，销与扭力杆和联接板间过盈配合，各零部件间的高度非线性接触。因而对扭力杆缓冲装置各接触界面上接触应力的精确研究,在理论上还存在较大的困难。但随着计算机技术、数值计算方法以及大型有限元软件的发展,利用非线性有限元软件对扭力杆缓冲装置使用中的高度非线性问题进行研究成为可能。纵览国内关于扭力杆的限元分析,虽然各自的研究都具有一定的现实意义,但所作的模型距离实际的工况仍有相当的差距。主要表现在以下几个方面:①为分析方便,假设的力学模型仅为一个阶梯轴,且承受的载荷简化过于单一；②没有考扭力杆缓冲装置各零部件间的非线性装配状态、接触运动状态及摩擦力、预紧力、转炉倾动力

7、矩对其造成的影响，而实际上这些影响对扭力杆的应力是不可忽略的。某厂300T转炉扭力杆缓冲装置投入使用期间，其上下部联接座连接螺栓出现断裂，为了对现役扭力杆缓冲装置进行评估，并为同类产品的设计制造与检修提供理论依据，需要全面了解扭力杆缓冲装置的应力分布、变形，确定扭力杆的强度。本文采用大型通用有限元分析软件ANSYS对扭力杆缓冲装置整体装配模型进行三维非线性有限元分析。1扭力杆缓冲装置有限元分析1.1几何模型的建立扭力杆缓冲装置主要由扭力杆、联接板、上下部联接座、轴承座、球铰、销、键、销轴、事故支座组成。扭力杆一方面通过球铰连接