转炉托圈及联接装置机械应力的三维非线性

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1、转炉托圈及联接装置机械应力的三维非线性有限元分析潘天成潘紫微包家汉童靳于摘要针对某钢厂3号转炉托圈水平联接座与下盖板焊接处产生的裂纹问题，建立整体装配模型，运用三维非线性有限元法，对托圈在焊接人孔和活动人孔两种情形下，不同倾动角度时，进行了机械应力分析，分析结果表明：两种情形下托圈整体机械应力分布大致相同，且应力水平相当；水平联接座与下盖板焊接处机械应力水平过高，这与国外某钢厂此处过早产生断裂损坏完全一致。MechanicalStressofConverterLoopandLinkageAnalysisby3DNon-linearFiniteElementPanTianchengP

2、anZiweiBaoJiahanTongJinyu(MechanicalEngineeringCollege,AnhuiUniversityofTechnology,Maanshan,Anhui,243002)BSTRACTAimedatthecrackproblemofplacethattheconverterlooplevelbaseframeweldtogetherwithdowncoverplateinafactory,awholeassemblymodelismade,Undertheloopwiththeweldingmanholeconditionandwithact

3、ivistmanholecondition,mechanicalstressofloopisanalyzedby3-Dnon-linearfiniteelementatdifferentlocation.Itisfoundthatthatthedistributionofmechanicalstressandthestresslevelaremuchthesameinthetwoconditions;themechanicalstressattheplacethattheconverterlooplevelofconnectionblocksweldtogetherwithdown

4、coverplateishigher,itiscoincidencewiththepre-maturedestructionofforeignsteelfactory.KEYWORDSConverterloopIntegralassemblyNon-linearFEMManholeMechanicalstress51前言托圈在转炉支承系统中，是基本承载构件和基本传动构件[1]。转炉炉体与托圈的联接装置是转炉本体装置的关键设备之一。联接装置可以保证炉体牢固地连接在托圈上；同时允许炉体和托圈之间由于热膨胀所产生的相对位移[2]。某钢厂300T转炉托圈水平联接座与下盖板焊接处发现产生裂纹

5、，为了保证安全生产，减少损失。因此有必要对托圈整体及联接装置的机械性能进行评估，找出薄弱环节，使日常检查的目标和范围更明确和集中。2托圈结构及CON-LINK联接装置分析分析托圈图纸及现场观测可知，此300T转炉托圈是一个大型的、钢板焊接的复杂结构，托圈分四段在现场组装。主体是由上、下盖板和内外腹板、驱动侧和游动侧耳轴、耳轴块焊接而成的箱体结构。托圈箱体内部焊接有立筋板、横隔板（如图1所示）。托圈的联接装置采用VAI的CON-LINK联接方式，该装置是由三组竖直方向的铰形联接和二组水平方向的铰形联接以及出钢侧的水平托板组成。三组竖直方向铰形联接用于悬挂炉壳，主要承受垂直于托圈面的载

6、荷；两组水平方向铰形联接由于限制炉壳扭转，主要承受平行于托圈面的载荷[4][5]。由于托圈及联接装置的三维整体结构复杂，运用线性有限元方法单独分析托圈很难得到合理的结果，为考虑真实的整体装配三维空间结构和受力情况，进行合理的应力和变形分析，需对托圈及联接装置整体装配模型进行三维非线性有限元分析。5图1托圈整体三维实体模型Fig.1:Theoverallthree-dimensionalsolidmodelofloop3托圈及联接装置整体装配模型的建立用三维CAD软件建立托圈及联接装置的整体装配三维几何模型。采用8节点的三维实体单元进行网格划分。本文在进行机械应力计算时，为了得到不同

7、形式的人孔对托圈整体机械性能的影响，分别对焊接人孔和活动人孔（是指在托圈人孔处焊接人孔座，人孔盖与人孔座通过螺栓联接的人孔。）两种情况均进行了分析，模型如图2和3所示。对托圈网格细分，对炉体网格相对粗分[3]，对CON-LINK装置球铰连接处采用六面体网格划分，且保证接触面处节点重合。对若干应力可能集中的危险区域进行网格细化，对关键结构采用手动网格划分。图2焊接人孔时托圈及炉体网格划分Fig.2:Griddingofloopandconverterbodywhenwe