20t框架式电渣炉静动态特性的有限元分析

论文摘要

随着国民经济的发展,对高品质的钢材的需求量越来越大。而采用电渣重熔生产的电渣钢性能优良,产品种类繁多。因此,根据电渣冶炼的工艺要求对电渣炉的结构性能进行静动态特性研究也变得越来越具有实际意义。本文以某钢铁企业的20t框架式电渣炉为研究对象,根据电渣冶炼的工艺要求和电渣炉的性能参数,以有限元法和机械动力学为基础理论,运用有限元分析软件ANSYS Workbench进行了电渣炉在典型工况下的静态、动态特性分析。通过静力分析掌握了该电渣炉的结构强度、刚度情况,通过动态分析,掌握了电渣炉结构的动态特性和电渣炉行走制动时瞬态响应,为本电渣炉的改进和同类电渣炉的设计积累了经验。主要研究工作如下：（1）综述了电渣炉的结构组成及功能,根据电渣炉的结构特点,对电渣炉的结构进行了适当的简化,运用SolidWorks2009建模软件建立了能够反应框架式电渣炉真实结构的几何实体建模。（2）对电渣炉满载时,炉体框架进行了静力学分析,得到了最大应力和应变的位置,验证了电渣炉整体结构在满载工作时的强度和刚度满足工作要求的。（3）建立了电渣炉框架螺栓法兰连接结合部的等效动力学模型,根据吉村允孝法对实际结合面的动态特性进行研究,得出了螺栓法兰结合面法向、切向动态特性参数。应用弹簧-阻尼单元对螺栓法兰结合面进行动态建模。建立了考虑与不考虑螺栓法兰结合面的电渣炉整机有限元模型并进行了动态特性分析。对框架电渣炉空载和满载时整体结构进行了模态分析,提取了前16阶固有频率、主振型及其振型图,并对结果进行了分析。（4）电渣炉满载在导轨上行走,框架结构整体在启动和制动时载荷是变化的,整体结构将产生振动。对电渣炉行走时突然制动引起的动载荷情况进行了瞬态分析,获得了电渣炉制动时系统的弹性振动规律,确定瞬态动力响应,并对结果进行了分析。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 本课题研究的背景
• 1.2 本课题研究的目的及意义
• 1.2.1 本课题研究的目的
• 1.2.2 本课题研究的意义
• 1.3 电渣冶金原理
• 1.4 电渣冶金与电渣炉的国内外发展历程及现状
• 1.4.1 国外的的发展历程及研究现状
• 1.4.2 国内的发展历程及研究现状
• 1.5 国内外机械结构静动态特性研究现状
• 1.6 课题的研究内容
• 第2章 有限元法理论及电渣炉建模
• 2.1 有限元法的基本理论
• 2.1.1 有限元法简介
• 2.1.2 机械结构的有限元法解题的一般步骤
• 2.2 ANSYS Workbench有限元分析软件的特点及功能
• 2.2.1 ANSYS Workbench有限元分析的特点
• 2.2.2 Workbench软件提供的功能如下
• 2.3 框架式电渣炉的结构
• 2.3.1 一般电渣炉的结构组成
• 2.3.2 框架式电渣炉的组成及功能
• 2.4 框架式电渣炉的实体建模
• 2.5 本章小结
• 第3章 电渣炉框架结构的静力分析
• 3.1 电渣炉的炉体框架结构组成及截面参数
• 3.1.1 炉体框架的组成
• 3.1.2 框架结构的截面形式
• 3.2 载荷的计算
• 3.2.1 电渣炉的主要参数
• 3.2.2 电渣炉框架上的载荷计算
• 3.2.3 材料的破坏强度准则
• 3.3 电渣炉框架的静力分析
• 3.3.1 框架有限元模型的建立
• 3.3.2 约束及载荷
• 3.3.3 分析结果及校核
• 3.4 本章小结
• 第4章 电渣炉的模态分析
• 4.1 模态分析概述
• 4.2 模态分析的理论基础
• 4.3 模态分析在ANSYS Workbench中实现
• 4.4 电渣炉框架的结合部
• 4.4.1 结合部的动力学模型
• 4.4.2 结合部等效动力学参数的确定
• 4.4.3 电渣炉框架连接的结合部的处理
• 4.4.4 螺栓法兰结合部刚度计算
• 4.4.5 固定结合面有限元模型的建立
• 4.5 空载框架式电渣炉的模态分析
• 4.5.1 建立有限元模型
• 4.5.2 模态分析选项的设置
• 4.5.3 加载和约束
• 4.5.4 后处理察看各阶频率及各阶主振型
• 4.6 满载时电渣炉的模态分析
• 4.6.1 考虑螺栓法兰结合部的模态分析
• 4.6.2 当不考虑结合部时的模态分析
• 4.7 本章小结
• 第5章 电渣炉的瞬态动力学分析
• 5.1 瞬态动力学概述
• 5.2 瞬态动力学分析的理论基础
• 5.2.1 瞬态动力学方程的建立
• 5.2.2 结构动力响应的计算
• 5.3 Workbench瞬态动力分析的方法及关键技术
• 5.3.1 Workbench瞬态动力分析的方法
• 5.3.2 瞬态动力学分析的关键技术细节
• 5.4 电渣炉的瞬态动力学分析的过程
• 5.4.1 建立有限元模型
• 5.4.2 分析选项设置及动力分析载荷的确定
• 5.4.3 求解及后处理
• 5.4.4 强度校核
• 5.5 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢