大型高炉炉壳结构整体弹性有限元分析

论文摘要

本文以首钢京唐钢铁联合有限责任公司钢铁厂炼铁工程5500m3高炉为背景，对高炉正常生产状态下作用于炉壳上的荷载类别、范围及方式进行了分析，建立了5500m3高炉炉壳整体三维壳体有限元分析模型，分析了正常生产状态下炉壳整体及局部的应力分布状态及变形特性，探讨了各类大孔对炉壳产生的影响，根据分析结果，对炉壳板厚、开孔形式及尺寸等方面提出合理建议。本文研究内容及成果体现在以下几个方面：（1）荷载资料及分析将高炉正常生产状态下作用于炉壳上的荷载进行分类，与已有荷载方面的成果及资料进行对比分析，通过与炼铁专业交流的方式确定各类荷载的作用方式及范围，同时确定风荷载及水平地震作用的相关计算参数。（2）炉壳整体三维有限元分析模型的建立根据炼铁专业提供的炉壳外形及开孔资料，分别采用MIDAS及ANSYS两个大型通用有限元分析软件建立炉壳三维壳体整体模型，综合考虑各方面因素进行模型的单元划分，并将各类荷载按其作用方式及范围分别施加于单元划分完毕的结构整体几何模型上，形成最终分析用的整体有限元模型。（3）计算结果分析基于相关资料及研讨结论确定荷载组合方式。通过两不同软件各工况组合后计算结果的对比，确定计算结果的准确性。并基于该计算结果对炉壳的应力状态和变形特性进行分析及评价。（4）结论及建议在计算分析的基础上，对炉壳所用板厚的合理性及各类大孔对炉壳产生的影响程度进行评价，给出合理性建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 高炉简介
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 国内研究概述
• 1.2.2 高炉结构荷载认识的逐渐深入
• 1.2.3 高炉的有限元弹塑性分析
• 1.2.4 高炉抗震方面的研究成果
• 1.2.5 国外研究现状[9]
• 1.3 炉壳设计方法发展历程及现状综述
• 1.4 问题的提出
• 1.5 研究目的及内容
• 2 工程概况及荷载分析
• 2.1 工程概况
• 2.2 工艺荷载
• 2.3 荷载分析
• 2.4 水平地震作用
• 3 基于有限元分析平台的炉壳整体几何模型的建立
• 3.1 有限元分析软件的功能概述及适用性
• 3.2 炉壳有限元结构建模中的几个问题
• 3.2.1 炉壳外形特点及结构的对称性
• 3.2.2 结构计算单元的选择
• 3.2.3 结构单元网格的划分
• 3.2.4 边界条件
• 3.3 基于 MIDAS 平台的炉壳整体模型建立
• 3.4 基于 ANSYS 平台的炉壳整体模型建立
• 3.5 相关计算参数的确定
• 3.6 小结
• 4 计算结果及分析
• 4.1 荷载效应组合及强度理论
• 4.1.1 荷载效应组合的原则
• 4.1.2 强度理论的采用
• 4.2 炉壳等效应力分布状态及分析
• 4.2.1 MIDAS 及 ANSYS 计算结果的对比及分析
• 4.2.2 炉头封板应力分布状态及分析
• 4.2.3 炉喉、炉身、炉腰、炉腹应力分布状态及分析
• 4.2.4 风口带应力分布状态及分析
• 4.2.5 铁口带应力分布状态及分析
• 4.2.6 炉壳底部应力分布状态及分析
• 4.3 炉壳各部位环向应力与竖向应力的分布状态及分析
• 4.3.1 炉壳各部位竖向应力与环向应力
• 4.3.2 炉壳各部位竖向应力与环向应力计算结果统计及分析
• 4.3.3 典型板带开孔方式合理性分析
• 4.4 炉壳变形特性及分析
• 4.4.1 炉壳的竖向变形及分析
• 4.4.2 炉壳的水平变形及分析
• 4.4.3 炉壳的环向和局部变形及分析
• 4.5 小结
• 5 结论及建议
• 5.1 本文结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢