基于有限元仿真方法的轉(zhuǎn)爐扭力桿缺陷分析

528000 佛山市公用事業(yè)控股有限公司 廣東 佛山|何燦峰

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基于有限元仿真方法的轉(zhuǎn)爐扭力桿缺陷分析

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本文通過運(yùn)用三維有限元軟件，對某鋼廠轉(zhuǎn)爐扭力桿芯部實(shí)施仿真，并分別對事故及額定力矩狀況下，在當(dāng)量不同的初始缺陷所存在的機(jī)械應(yīng)力，基于不同情形下，就應(yīng)力強(qiáng)度相應(yīng)因子予以提取。根據(jù)最終結(jié)果可知，基于力矩額定狀況下，扭力桿的使用處于安全狀態(tài)；而在相應(yīng)事故狀態(tài)下，其所存在的初始缺陷，則會造成扭力桿在具體的安全使用方面存有危險(xiǎn)性。轉(zhuǎn)爐扭力桿；初始缺陷；仿真分析

扭力桿在額定力矩狀態(tài)下的初始缺陷有限元分析

基于力矩處于額定狀況下，依據(jù)尺寸不同情況下的缺陷模型，運(yùn)用事先所進(jìn)行編制的程序，將相對應(yīng)的應(yīng)力強(qiáng)度因子給與分別提取。

依據(jù)表中數(shù)據(jù)，便可將缺陷尺寸和對應(yīng)缺陷所存在的相應(yīng)應(yīng)力狀況，此外，還可得出三種應(yīng)力強(qiáng)度因子之間所存在的對應(yīng)關(guān)系。依據(jù)所得出的缺陷尺寸和對應(yīng)缺陷之間所存在的關(guān)系，便可得出多種結(jié)論。首先，基于在額定力矩狀況，伴隨著所存在缺陷尺寸的相應(yīng)增加，在缺陷所存在位置處的應(yīng)力，大致呈現(xiàn)出在線性迅速方面出現(xiàn)增加狀況。而基于額定力矩狀態(tài)下，缺陷尺寸不同的的位置處所存在的應(yīng)力強(qiáng)度因子狀況，如若在具體的缺陷處尺寸方面，增加幅度達(dá)到相應(yīng)89.5mm狀況下，而在相應(yīng)缺陷處，其在具體的應(yīng)力方面，達(dá)到材料34CrNi3Mo在實(shí)際當(dāng)中的屈服強(qiáng)度極限值，即為σs=684Mpa。，如若所存在的缺陷在尺寸方面＜31mm，則KⅠ及KⅡ會依據(jù)缺陷尺寸的增加狀況，而出現(xiàn)在速率方面相同的增加，然而就KⅠ值而言，則表現(xiàn)出較大于KⅡ狀況，如若所存在的缺陷尺寸不斷得以擴(kuò)展，且相比于32mm，出現(xiàn)大于后者狀況，則表明

無論是KⅠ還是KⅡ，其增加均以線性速率，然而KⅡ在具體的增加速度方面相比于KⅠ，則表現(xiàn)出顯著大于后者狀況，并且在具體的增長幅度方面處于比較緩慢狀況。通過上述內(nèi)容分析表明，針對可能存在的扭力桿芯部缺陷，其實(shí)質(zhì)為基于Ⅰ型缺陷主導(dǎo)狀況下，所呈現(xiàn)出的具體的Ⅱ及Ⅰ復(fù)合型缺陷，也就是說在具體的裂紋擴(kuò)展模式方面可劃分為兩種，分別為滑開型與張開型。依據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊編委會所頒布的機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（單行本）可查知，在溫室狀態(tài)下的34CrNi3Mo，其在具體的Ⅰ型平面，所具有的應(yīng)變斷裂韌性為KIC=120～137MPa·M1/2通過相應(yīng)分析可知，如若所存在的缺陷值為83mm，則在具體的應(yīng)力強(qiáng)度因子KⅠ方面，則會就材料Ⅰ型相應(yīng)平面應(yīng)變斷裂韌性予以達(dá)到，即為KIC=120MPa·M1/2。基于缺陷在所存在的位置方面與扭力桿相應(yīng)芯部方面較為接近，而對其實(shí)施計(jì)算可知，扭力桿在芯部方面所存在的缺陷處，具體的應(yīng)力水平則處于較低狀況，且還具有較小的應(yīng)力強(qiáng)度因子值，所以，在使用扭力桿的過程中，所存在的缺陷只要不發(fā)生向半徑方向予以擴(kuò)展?fàn)顩r發(fā)生，則不會造成針對扭力桿使用方面所造成的影響。依據(jù)相關(guān)斷裂力學(xué)知識可知，材料的斷裂韌性、作用應(yīng)力、裂紋尺寸及裂紋幾何形狀均為對斷裂發(fā)生能夠給與有效控制的重要因素。除了在扭力桿芯部缺陷處，在具體的應(yīng)力強(qiáng)度因子存在較低狀況之外，其在具體的材料方面，則具有較高的斷裂韌性，因此，基于相應(yīng)定力矩狀況之下，在具體的扭力桿的使用方面往往是安全的。

基于事故狀況下扭力桿初始缺陷相應(yīng)有限元分析

如入處于事故狀態(tài)，對于尺寸不同狀況下的所存在的缺陷模型，運(yùn)用事先編制好的具體程序，將與之相對應(yīng)的應(yīng)力強(qiáng)度因子給與分別提取。通過就扭力桿在額定力矩狀態(tài)下相應(yīng)缺陷處應(yīng)力進(jìn)行對比，其扭力桿在事故狀態(tài)下所存在的陷處的應(yīng)力則呈現(xiàn)出顯著提升的狀況，如若所存在的缺陷尺寸為20.5mm，在具體的缺陷處所具有的應(yīng)力便為材料34CrNi3Mo，相應(yīng)屈服強(qiáng)度極限，即為σs=684Mpa。伴隨缺陷在尺寸方面的相應(yīng)增加，則缺陷在具體的擴(kuò)展速度方面也會得到增加，然而如若所存在的缺陷尺寸處于＜31mm，則KⅠ和KⅡ則速率增加方面則會處于相同，然而KⅠ的數(shù)值相比于KⅡ，則會出現(xiàn)較小于后者狀況，并且在具體的速率增長方面則會出現(xiàn)較為緩慢狀況。通過上述內(nèi)容分析可知，缺陷在事故狀態(tài)下所存在的擴(kuò)展趨勢，在一定程度上表現(xiàn)為無變化狀況，并且Ⅰ型缺陷在其中仍然處于主導(dǎo)作用。

如若缺陷具有相同的形狀，則事故狀態(tài)下相比于額定力矩作用下，前者在具體的對控制斷裂發(fā)生的因素方面，所存在的缺陷應(yīng)力在其中處于相應(yīng)主導(dǎo)作用，因此，其所對應(yīng)的相應(yīng)應(yīng)力強(qiáng)度因子則會出現(xiàn)增大狀況。

結(jié)語

利用一種以有限元法為基礎(chǔ)，相應(yīng)仿真鑄造初始缺陷方法，針對相應(yīng)大型鑄造結(jié)構(gòu)，其在具體的復(fù)雜應(yīng)力所存在的作用框架下，對于結(jié)構(gòu)力學(xué)性能，初始缺陷對其所造成的影響評估，在實(shí)際意義方面較強(qiáng)。而針對扭力桿芯部，對其所存在的初始缺陷，實(shí)施相應(yīng)有限元仿真分析，得知基于相應(yīng)額定力矩狀況下，使用扭力桿為安全，而在處于事故狀態(tài)下，則扭力桿在初始缺陷作用下，就會造成其在安全使用方面存在危險(xiǎn)性。

參考：

［1］高素荷.大型轉(zhuǎn)爐傾動機(jī)構(gòu)扭力桿有限元分析［J］.計(jì)算機(jī)輔助工程，2006，15（z1）：311-313.

［2］童靳于，潘紫微，包家漢等.轉(zhuǎn)爐扭力桿緩沖裝置三維非線性有限元分析［J］.冶金設(shè)備，2010（4）：34-37.