本文针对某大型沥青焦回转窑的窑体结构的强度和刚度问题展开数值模拟和安全评估,获得一些有意义的研究结果。 基于超静定连续梁模型计算简体的支撑和摩擦载荷及其接触面积,为回转窑简体的有限元建模提供边界数据。应用ANSYS对回转窑筒体及其附件在内外多载荷作用下的力学行为进行有限元模拟。给出筒体的边界条件、内外附件(轮带、大齿圈、密封、耐火砖和物料等)对筒体刚度与载荷的定量影响和等效处理,使有限元模型简洁而准确。特别指出筒体内部耐火砖层是一种松散堆砌结构,若作为整体赋以砖块刚度的建模是不合适的,故有限元模型中将耐火砖层的弹性模量赋以很小值以减弱其刚度而只保留重力影响。运用该模型全面模拟和比较分析了四种工况下筒体的变形和应力状态。研究了挡轮偏心和大齿轮传动扭矩对筒体应力和变形的定量影响,结果表明,窑体在上述四种工况下的应力强度和变形状态均满足强度与刚度条件；大扭矩载荷对筒体的应力与变形影响较小；挡轮偏心推力对筒体的应力与变形的影响也只在局部很小范围,不会威胁强度安全；实际工况下筒体的最高应力发生在筒体与第二档轮带的接触区内表面；同时给出筒体横截面圆度的定量分析,指出第二档轮带附近的筒体横截面因圆度最差而易发生掉碎砖现象。 进一步在上述有限元模型中剔除耐火砖层,通过解析推导耐火砖对筒体的分布压力与摩擦载荷,采用函数加载模型模拟筒体在实际工况下的变形和应力状态。该模型的规模比上述含耐火砖模型明显减小,提高了计算效率,但载荷处理较为复杂。两种模型的计算结果接近,证明了该模型的合理性。 基于传热学原理分析实际工况下筒体的分层热阻和温度场,指出耐火砖层承担了绝大部分温度降、对筒体钢壁起到保温和降低热应力的作用。采用间接耦合法,先在ANSYS进行热分析计算得到稳态温度场,然后选用与热分析相同形式的结构单元分析在温度与机械载荷耦合作用下筒体的热应力和变形,给出了安全评定,并指出,如果筒体壁刚度不足、或因地基沉降、托轮磨损偏斜等因素导致简体过大变形,均会出现掉碎砖现象,从而导致筒体壁的局部超温和热应力集中,威胁筒体安全。 上述结果对回转窑窑体的安全检修、补强设计和窑线调整具有一定的参考价值。