有限元法分析计算在首钢京唐钢铁公司5500m^3高炉设计中的应用.pdfVIP

维普资讯 20o6No．2 设 计 通 讯 有限元法分析计算在首钢京唐钢铁公司 55001TI3高炉设计中的应用 蒋治浩 苏 维 张 建 摘 要 用有限元法分析计算首钢京唐钢铁公司5500ll】3高炉无料钟炉顶设备阀箱的应力和变形，对其 结构进行优化 关键词 有限元法 阀箱 应力 变形 动态力学特性等问题的数值解法。有限元法具有 0 引 言 精度高、适应性强以及计算格式规范统一等优点， 已成为现代机械产品设计中的一种重要工具。本 高炉炉顶装料设备是用来装料人炉并使炉料 文对5500 高炉无料钟炉顶设备阀箱采用有限 在炉内合理分布，同时要起炉顶密封作用的设备。 元法作静力学分析。 首钢京唐钢铁公司5500m3高炉采用无料钟炉顶 设备，它主要由换向溜槽 、受料漏斗、上密封阀、 1 有限单元法分析过程概述 料罐、阀箱、料流调节阀、下密封阀、中间漏斗、 波纹伸缩器及内部耐磨环、短节、布料装置 (含 1．1 结构的离散化 水冷气密箱、行星差动减速机、布料溜槽倾动减 把实际结构划分 (或离散)为一个个的 “单 速机、中心喉管、布料溜槽转角、摆角指示器 元”，而单元与单元之间仅在 “节点”处相连，这 等)、布料溜槽、布料溜槽更换装置等组成。无料 样就把由无限个相互连接的质点所组成的真实结 钟炉顶设备优点突出但系统结构复杂，它的工作 构，用有限个节点相连的离散单元组合体的有限 环境恶劣，其布料器转速、料仓容积、料流调节 元网络计算模型所近似代替。这样的计算模型比 阀内径和中心喉管内径等基本参数可通过传统的 较接近于真实结构。有限单元法离不开计算机， 计算方法进行确定。为了保证无料钟炉顶设备工 随着计算机技术的不断发展，计算机容量的不断 作安全、可靠，其各个部件的工程结构设计相当 扩大，计算速度不断加快，单元可以划分得越来 重要，必须要计算分析它们的变形、应力以及动 越小，网格可以划分得越来越密，节点越来越多。 力学特性。在有限元法出现之前，把这些部件结 使有限元计算模型及其计算结果与真实结构越来 构简化为梁、桁架、刚架或板，采用材料力学、 越趋于接近，使工程结构设计得既安全又轻巧、 结构力学或弹性力学的方法来进行计算。虽然这 合理。 些力学方法是建立在严密理论基础之上的，是科 1．2 选择位移模式 学的，但是为了便于计算作了很多简化，由于这 为了能用节点位移表示单元体的位移，应变 种简化与实际结构之问有很大的差异，因而计算 和应力，假设单元体位移分布是坐标的某种简单 结果与实际情况不可避免地会有很大的差异。这 的函数，普遍用多项式作位移模式。 样。设计时为了 “保险”，不得不采用很大的安全 … = [N] {f}} 系数，致使结构笨重。 … 单元内任一点位移列阵，[N]形函数阵， 有限元法是一种采用电子计算机求解结构静、 {f}}。单元节点位移列阵 维普资讯 设 计 通 讯 20o6№．2 1．3 形成单元刚度矩阵 和两个料罐相连接，下板与下部波纹管连接。阀 利用几何方程 (用节点位移表示单元应变关 箱内部安装有节流阀和