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硕士学位论文 连铸机弯曲段机械应力和热变形分析，共72页。
摘要
钢坯连续铸造技术作为我国钢铁行业引进的主要技术之一,为我国钢铁产业的突飞猛进提供了保障。在钢坯的连铸生产过程中,钢坯经振荡结晶器形成初始坯壳后,首先在连铸机弯曲段通过拉矫辊进行初步固定成型,同时进行初次冷却和二次冷却。经过连铸机弯曲段坯壳生长加厚的钢坯最后被牵引至连铸机直线段,完成后续钢坯的成型和切割。连铸机弯曲段作为连铸机中的“机头”,其工作环境恶劣,同时受到复杂的机械载荷和温度载荷的作用,在使用过程中容易产生变形,对钢坯的生产质量影响明显,有可能导致坯壳破裂损伤,甚至发生漏钢等恶性事故。连铸机弯曲段结构的优化设计和合理制造是亟待解决的一项关键技术,其中,三维机械与温度应力场和变形场的精确分析是该关键技术的重要基础。
本文针对上海梅山钢铁股份有限公司2#连铸机弯曲段,进行了整体结构的力学建模,根据连铸机的实际生产工况、考虑拉矫机械载荷和钢坯热辐射与冷却水作用形成的温度载荷,采用三维非线性有限元方法,分析得到了连铸机弯曲段的热机耦合应力场和变形场。采用Pro/E软件对复杂的弯曲段结构进行全尺寸实体建模,采用HyperMesh软件进行网格划分,采用ANSYS软件进行热-机耦合应力场和变形场的计算分析。有限元模型包括主机架、拉矫辊、筋板、轴承、耳轴座、香蕉座等主体部件和辅助支撑构件。在计算分析过程中,考虑了连铸机弯曲段的真实传力方式和各零部件之间的相互接触关系,拉矫力,重力载荷,钢坯热辐射,接触构件间的热传导和冷却水的冷却效果。为了考虑机械载荷和温度载荷的耦合作用效果,计算了连铸机弯曲段的温度场,再将热效应作为“体载荷”施加到有限元模型上,最后完成了整体结构的热-机耦合应力场和变形场的耦合计算分析。本文建立的连铸机弯曲段三维非线性有限元模型,可以充分考虑实际生产工况和热-机耦合效应,以及零部件之间的相互接触关系,为合理准确分析连铸机弯曲段的热-机耦合应力和变形奠定了基础。通过对2#连铸机弯曲段的热-机耦合应力和变形的计算分析,验证了 2#连铸机弯曲段耳轴座高应力区的存在,与现场实际使用中耳轴座经常发生变形压溃等损坏现象相符合,为2#连铸机弯曲段改进设计和局部加固提供了计算依据。
关键词:弯曲段;有限元分析;应力;变形;热-机耦合

目 录
摘要 I
Abstracts
l.i研究背景 1
l.i.i连铸机概况 1
1.1.2弯曲段的重要性 3
1.2研宄现状 3
1.3存在问题 4
1.4本文的主要研宄工作 5
1.5本章小结 5
2连续建模与仿真系统 6
2.1三维绘图工具Pro/ENGINEER 6
2.2 HyperMesh 7
2.3有限元分析软件ANSYS 8
2.3.1几何非线性有限元分析方法 8
2.3.2接触理论模型 9
2.3.3有限元热分析概论 10
2.3.4热-机耦合分析 15
2.4本章小结 17
3弯曲段三维非线性有限元模型 18
3.1弯曲段主要承载结构和关键力学问题 18
3.1.1弯曲段主要承载结构 18
3.1.2弯曲段的关键力学问题 18
3.2弯曲段三维有限元分析实体模型的建立 19
3.2.1弯曲段机架 19
3.2.2耳轴座及其附件 20
3.2.3拉矫辊 21
3.2.4整体模型图 22
3.3三维有限元网格划分 24
3.3.1整体网格离散图 24
3.3.2弯曲段机架 24
3.3.2拉矫辊 25
3.3.3 筋板 27
3.3.4耳轴座及其附件 27
3.4加载和约束设置 29
3.4.1载荷和约束的处理 29
3.4.2接触问题的处理 29
3.4.3设置载荷步选项 30
3.5本章小结 30
4弯曲段温度场计算 31
4.1整体温度场 31
4.2弯曲段温度场 32
4.3辊子温度场 34
4.4本章小结 36
5弯曲段三维非线性热-机耦合有限元分析 37
5.1弯曲段机械应力与弹性应变 37
5.2弯曲段温度应力与弹性应变 38
5.2.1弯曲段整体温度应力与弹性应变 38
5.2.2弯曲段拉矫辊温度应力与弹性应变 40
5.2.3弯曲段筋板温度应力与弹性应变 42
5.2.4弯曲段耳轴座温度应力与弹性应变 44
5.3弯曲段机械-温度耦合应力 46
5.3.1弯曲段整体机械-温度应力与弹性应变 46
5.3.2弯曲段拉矫辊机械-温度应力与弹性应变 48
5.3.3弯曲段筋板机械-温度应力与弹性应变 49
5.3.4弯曲段耳轴座机械-温度应力与弹性应变 51
5.4弯曲段刚度分析计算 53
5.4.1机械位移 53
5.4.2温度位移 53
5.4.3耦合位移 55
5.5本章小结 57