大型回转窑筒体的力学分析与计算

论文摘要

低品位矿产资源将是未来冶炼原料的重要来源之一,然而该类资源具有选矿难度大,直接冶炼处理物料量大,能耗高等特点,要求设备大型化,同时又由于冶金回转窑在高温,腐蚀性高的环境中运转,导致其力学行为非常复杂,因而研究大型回转窑的力学行为,掌握其应力应变规律,具有重要的工程意义。本文完成了年处理120万吨矿石的大型回转窑筒体的主要参数设计与三维几何建模,具体包括回转窑跨度的分布,筒体厚度分布,矩形滚圈截面参数确定。并在梁理论的指导下,完成了回转窑的载荷计算,具体包括筒体载荷计算,各支座处弯矩计算,以及支座反力计算,并对力平衡进行了验证。本文尝试应用薄壳力学去求解回转窑的应力应变,推导了回转窑筒体在法向载荷作用下的位移函数,并在求解位移函数的16个未数知时,建立了回转窑筒体两端的边界条件,这些边界条件包括筒体两端的中面拉压力,中面扭矩,中面弯矩和中面剪力,最后在MATLAB程序下,给出了回转窑筒体在法向均布载荷作用下各向应力、应变的解析解。通过ABAQUS仿真试验结果表明,在薄壳理论指导下求解回转窑筒体的应力、应变是合理的。筒体横向刚度和纵向柔度对回转窑的运转率影响很大,当刚度不足时,会引起耐火砖脱落,而柔度不足时,会因支座不均匀沉陷而引起过大的附加弯曲应力。用薄壳理论求解大型回转窑筒体的应力、应变,打破了过往将回转窑力学问题简化为一维梁模型的假定,将回转窑力学问题回到三维层面来探讨,所求解的回转窑环向应力应变以及轴向应力应变,对优化回转窑的横向刚度和纵向柔度具有实际意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 回转窑的基本结构
• 1.2 回转窑的力学研究现状
• 1.2.1 应力和变形
• 1.2.2 支承力计算
• 1.2.3 温度场的研究
• 1.3 课题的研究意义和内容
• 1.3.1 课题的研究意义
• 1.3.2 课题的研究内容
• 2 回转窑的方案设计与载荷计算
• 2.1 回转窑筒体与支承装置设计方案分析
• 2.1.1 筒体厚度与跨度的分析
• 2.1.2 滚圈的分析
• 2.1.3 托轮及其轴承分析
• 2.2 回转窑结构设计
• 2.2.1 筒体与支承装置设计参数确定
• 2.2.2 跨度的分布
• 2.2.3 筒体厚度分布
• 2.2.4 矩形滚圈截面参数确定
• 2.3 回转窑载荷计算
• 2.3.1 筒体载荷计算
• 2.3.2 弯矩计算
• 2.3.3 支座反力计算
• 2.3.4 筒节端面的弯曲应力计算
• 3 回转窑筒体应力应变解析
• 3.1 回转窑筒体计算的理论
• 3.1.1 回转窑筒体在法向载荷下的弯曲
• 3.1.2 回转窑筒体的基本方程
• 3.2 回转窑筒体的边界条件
• 3.2.1 筒节MN端面拉压力边界条件
• 3.2.2 筒节MN端面扭矩的边界条件
• 3.2.3 筒节MN端面弯矩的边界条件
• 3.2.4 筒节MN端面径向剪力边界条件
• 3.3 位移函数F的确定
• 3.3.1 特征值求解
• 3.3.2 MATLAB求解位移函数的系数
• 3.4 回转窑筒体的应力应变求解
• 3.4.1 筒节1的应力、应变与位移
• 3.4.2 筒节2的应力、应变与位移
• 3.4.3 筒节3的应力、应变与位移
• 3.5 回转窑筒体特殊截面处应力、应变
• 3.5.1 筒节1的应力、应变
• 3.5.2 筒节2的应力、应变
• 3.5.3 筒节3的应力、应变
• 4 回转窑筒体应力应变有限元计算
• 4.1 有限元支座反力的计算
• 4.2 筒体应力应变有限元计算
• 4.2.1 筒体有限元建模
• 4.2.2 计算结果与结果分析
• 5 结论
• 参考文献
• 在学期间发表的学术论文
• 致谢