大型钢包回转台强度及疲劳寿命分析

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钢包回转台属于大型结构,其结构紧凑、复杂,是连铸机中的重要设备,其在生产过程中的安全至关重要。回转台与结晶器、拉矫机和中间罐等冶炼设备仪器实现浇铸的连续性。通过回转台的传送,使炼钢跨的钢液可以连续不断地传送到连铸机的浇铸位置,并迅速地进行钢水包重包与空包的更换。在回转台的设计过程中对其静、动力强度和疲劳寿命研究具有重要的意义。  本文首先利用Pro/E建模软件建立复杂结构的三维实体模型,并将模型导入ABAQUS/CAE中建立有限元模型。模型中包含了几乎所有构件,考虑了200颗连接螺栓及其与连接板之间的接触等细节。讨论了边界条件、载荷和油缸等的简化处理。其次,对回转台在高位受包静载作用下的变形和应力进行了有限元分析,静载荷考虑了放包冲击系数。给出了回转台整体结构的变形和应力,并对支座、摆臂、回转支撑台、底座和摆杆等构件的变形和应力进行了分析,讨论了螺栓及其连接区域和轴承连接区域的变形和应力。结果表明,回转台各构件的应力均小于材料的强度值,整体结构的变形和强度满足要求。结构静力有限元分析对回转台的设计及其改进提供了直接的参考数据。此外,对回转台的动力特性进行了有限元分析,给出结构低阶固有频率和模态;对回转台在不同放包速度条件下的放包动态过程进行了数值模拟,得到不同放包速度下结构的动态响应,并在此基础上讨论结构动载荷冲击系数;模拟了钢包以不同速度侧向碰撞支座的动态过程,得到回转台的动态响应,分析了在侧撞下结构的强度。结果表明,回转台的低阶模态以横向摆动模式为主,因而正常情况下,在受包过程中不会发生共振现象;生产过程中必须严格控制回转台受包速度,确保结构的动态应力小于结构的强度;在放包过程中应尽量避免侧撞的发生。所得研究结果对连铸生成工艺参数的控制具有重要的指导作用。放包过程动态模拟分析结果表明,放包后回转台会发生振动,其振动幅值由于阻尼逐渐衰减。本论文最后在回转台受包动态响应分析的基础上,利用 Miner损伤准则,对回转台的疲劳寿命进行了分析,得到两种放包速度下结构的疲劳寿命,为回转台的安全运行提供必要的参考。
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