宝钢1580PC轧机安全螺栓断裂分析

论文摘要

宝钢1580PC轧机是宝钢三期工程中第一批工程,自投入生产以来,在正常轧制载荷下,联轴器上的安全螺栓被频繁的剪断,严重影响生产的正常进行,造成一定的经济损失。本文对联轴器上的安全螺栓进行分析,对安全螺栓承载力的各种计算模型进行了较系统的分析研究,通过比较各种模型的优缺点,得到合理的力学模型。进一步建立了有限元模型,利用Ansys的非线性求解器对本问题进行求解,得到了安全螺栓受力特性和承载能力的数值分析结果。对联轴器及安全螺栓做了适当的力学模型简化,设计制作了实验模型,在燕山大学结构工程实验室的100吨压力试验机上进行破坏性实验研究,得到了载荷位移曲线和安全螺栓剪断的临界载荷。通过对各种模型的计算结果和实验结果进行分析比较得出,有限元模型能很好地反映安全螺栓的受力特性,较精确地给出安全螺栓的应力分布规律,是比较准确的计算模型,而简单模型中的纯剪切模型的分析结果与其最为接近。所以在一般的简化计算中,可以选用纯剪切模型作为计算模型。根据有限元分析软件ANSYS的计算结果和实验结果,得到了安全螺栓断裂的原因、许用载荷、危险点等,对工程实际中安全螺栓的性能改进和安全生产具有重要的指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.1.1 1580PC 轧机简介
• 1.1.2 联轴器
• 1.1.3 安全螺栓
• 1.2 国内外现状和发展趋势
• 1.2.1 国内外现状
• 1.2.2 发展趋势
• 1.3 选题的目的和意义
• 1.3.1 对安全螺栓进行分析的必要性
• 1.3.2 论文主要研究内容
• 1.4 本章小结
• 第2章 接触问题有限元法基本理论
• 2.1 引言
• 2.2 弹性接触问题分析
• 2.2.1 基本假定
• 2.2.2 接触状态的判别条件
• 2.2.3 切向接触力的可逆和不可逆性
• 2.2.4 有限元基本方程
• 2.2.5 接触点的柔度方程
• 2.2.6 刚体位移的处理
• 2.2.7 坐标变换
• 2.2.8 接触点的相容方程
• 2.3 本章小结
• 第3章 安全螺栓各种力学模型的分析
• 3.1 总述
• 3.1.1 安全螺栓及其周围部件的简化
• 3.1.2 安全螺栓说明
• 3.2 安全螺栓计算的简单模型
• 3.2.1 许用应力的选取
• 3.2.2 纯剪切模型
• 3.2.3 弯剪耦合模型一
• 3.2.4 弯剪耦合模型二
• 3.3 安全螺栓计算的有限元模型
• 3.3.1 有限元法的基本思想
• 3.3.2 接触问题
• 3.3.3 ANSYS 接触分析
• 3.3.4 安全螺栓的线弹性有限元分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 安全螺栓的实验研究及实验的数值模拟
• 4.1 实验模型设计及实验过程
• 4.2 实验结果及分析
• 4.3 对实验模型的数值分析
• 4.3.1 有限元模型的建立
• 4.3.2 材料属性的定义
• 4.3.3 加载和求解
• 4.3.4 结果分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 安全螺栓真实模型的有限元计算
• 5.1 材料分析
• 5.1.1 安全螺栓材料
• 5.1.2 法兰盘材料
• 5.2 受力分析及简化
• 5.3 结构分析及简化
• 5.4 接触分析
• 5.5 有限单元的划分
• 5.5.1 模型建立及单元划分
• 5.5.2 接触单元
• 5.6 求解设置
• 5.7 计算结果
• 5.8 计算结果分析
• 5.8.1 应力变化
• 5.8.2 最先屈服点
• 5.8.3 屈服面积
• 5.8.4 位移结果分析
• 5.9 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介