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托圈自调螺栓联接装置的失效分析(硕士毕业论文),托圈自调螺栓联接装置的失效分析本人研究生毕业论文，花了两年时间也有一些小的收获，与大家分享.转炉炼钢设备中炉体通过连接装置与托圈连接，连接装置是转炉支撑装置的关键设备，其工作环境恶劣，直接影响到转炉炼钢的安全。三点支撑自调螺栓连接装置能很好满足对连接装置的各项性能要求，载荷分布均匀，结构简单，但是在工作过程中普遍存在自...
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内容介绍
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托圈自调螺栓联接装置的失效分析
本人研究生毕业论文，花了两年时间也有一些小的收获，与大家分享.
转炉炼钢设备中炉体通过连接装置与托圈连接，连接装置是转炉支撑装置的关键设备，其工作环境恶劣，直接影响到转炉炼钢的安全。三点支撑自调螺栓连接装置能很好满足对连接装置的各项性能要求，载荷分布均匀，结构简单，但是在工作过程中普遍存在自调螺栓发生断裂、上下止动块脱落及其引起的自调螺栓螺母脱落、螺纹磨光和转炉倾动时发出很大的异常声响等一系列问题。
本文针对某钢厂2#300吨转炉连接装置出现的上述问题进行分析。查阅相关资料得到连接装置主要结构的材料性能，并结合实际工况及有限元求解精度计算自调螺栓的安全系数；建立转炉及托圈连接装置整体三维非线性有限元模型，分析正常情况时0°、45°、62°、90°及180°5个典型倾动角度下自调螺栓及止动块的受力情况，得到止动块的脱落情况，并找到自调螺栓的危险工况。针对特殊工况重新建立有限元模型，计算了各倾动角度时上下止动块分别脱落及同时脱落和45°废钢冲击时自调螺栓的应力分布，得到止动块脱落及废钢冲击会降低自调螺栓的安全系数，导致其产生疲劳断裂，同时提出了相应的建议。
对整体装配模型计算效率低问题运用子结构进行计算。对180°正常工况下的有限元模型进行子结构分析，通过三种不同的子结构划分方式的计算比较得出主节点的数量对子结构的计算内存及时间影响很大，合理的划分子结构是子结构法分析的关键。
本文对自调螺栓连接装置在各个工况的力学行为进行分析，得到了产生一些常见问题的原因，从而更好的做好连接装置的安全维护工作。同时对大型模型计算提出了子结构法分析，提高了计算效率。
目 录
摘 要 I
Abstract II
第一章 绪论 1
1.1转炉连接装置的结构及应用 1
1.2课题的背景及意义 4
1.3国内外关于转炉托圈连接装置的研究概况 5
1.4有限单元法介绍 6
1.5课题研究内容及技术路线 7
1.5.1课题研究内容概述 7
1.5.2课题研究的技术路线 7
第二章 转炉及托圈连接装置非线性有限元模型的建立 9
2.1转炉及托圈连接装置三维实体模型的建立 9
2.1.1自调螺栓连接装置结构 9
2.1.2自调螺栓连接装置的工作原理及结构要求 9
2.1.3转炉及托圈连接装置整体模型 10
2.1.4托圈连接装置的受力位置 11
2.2转炉及托圈连接装置有限元网格的划分 12
2.3螺栓预紧力计算及施加 13
2.3.1自调螺栓预紧力计算 13
2.3.2螺栓预紧力施加方法 14
2.4加载和约束设置 15
2.4.1加载的设置 15
2.4.2约束的设置 16
2.5托圈连接装置三维非线性有限元数值分析方法 17
2.5.1状态非线性有限元分析方法 17
2.5.2接触模型理论 18
2.6载荷步设置 18
2.7自调螺栓安全系数 19
2.7.1强度理论的应用 19
2.7.2自调螺栓安全系数的计算 20
2.8本章小结 21
第三章 正常工况下自调螺栓连接装置的机械应力分析 22
3.1转炉质心位置的计算 22
3.1.1转炉的炉液质量的计算 22
3.1.2转炉最大倾动力矩的确定 22
3.1.3转炉质心坐标的计算 23
3.2正常工况下自调螺栓机械应力分析 25
3.2.1 0°时自调螺栓的机械应力分析 25
3.2.2 45°时自调螺栓的机械应力分析 28
3.2.3 62°时自调螺栓的机械应力分析 31
3.2.4 90°时自调螺栓的机械应力分析 33
3.2.5 180°时自调螺栓的机械应力分析 33
3.2.6小结 35
3.3本章小结 36
第四章 特殊工况下自调螺栓连接装置的机械应力分析 37
4.1 0°下止动块脱落时的应力分析 38
4.2 45°止动块脱落时的应力分析 39
4.2.1 45°下止动块脱落时的应力分析 39
4.2.2 45°上止动块脱落时的应力分析 39
4.2.3 45°上下止动块脱落时的应力分析 39
4.3 62°止动块脱落时的应力分析 40
4.4 90°止动块脱落时的应力分析 41
4.5 180°上止动块脱落时的应力分析 41
4.6废钢冲击对自调螺栓机械应力的影响 42
4.6.1加废钢的作用及方式 42
4.6.2废钢冲击力的计算 42
4.6.3施加冲击力时的机械应力分析 43
4.7本章小结 46
第五章 基于子结构法的自调螺栓接触分析 47
5.1子结构分析法简介 47
5.1.1子结构的基本概念 47
5.1.2采用子结构分析法的常见情况 48
5.2子结构分析法在ANSYS中应用 48
5.2.1子结构分析的基本步骤 48
5.2.2子结构主自由度选择的原则 49
5.2.3用超单元建立接触模型 49
5.3基于子结构有限元模型的建立 49
5.3.1子结构模型1的建立 49
5.3.2子结构模型2的建立 51
5.3.3子结构模型3的建立 52
5.4本章小节 56
第六章 结论与展望 57
6.1本文小结 57
6.2不足与展望 58
附录 59
参考文献 62
在校研究成果 65
致谢 66
本人研究生毕业论文，花了两年时间也有一些小的收获，与大家分享.
转炉炼钢设备中炉体通过连接装置与托圈连接，连接装置是转炉支撑装置的关键设备，其工作环境恶劣，直接影响到转炉炼钢的安全。三点支撑自调螺栓连接装置能很好满足对连接装置的各项性能要求，载荷分布均匀，结构简单，但是在工作过程中普遍存在自调螺栓发生断裂、上下止动块脱落及其引起的自调螺栓螺母脱落、螺纹磨光和转炉倾动时发出很大的异常声响等一系列问题。
本文针对某钢厂2#300吨转炉连接装置出现的上述问题进行分析。查阅相关资料得到连接装置主要结构的材料性能，并结合实际工况及有限元求解精度计算自调螺栓的安全系数；建立转炉及托圈连接装置整体三维非线性有限元模型，分析正常情况时0°、45°、62°、90°及180°5个典型倾动角度下自调螺栓及止动块的受力情况，得到止动块的脱落情况，并找到自调螺栓的危险工况。针对特殊工况重新建立有限元模型，计算了各倾动角度时上下止动块分别脱落及同时脱落和45°废钢冲击时自调螺栓的应力分布，得到止动块脱落及废钢冲击会降低自调螺栓的安全系数，导致其产生疲劳断裂，同时提出了相应的建议。
对整体装配模型计算效率低问题运用子结构进行计算。对180°正常工况下的有限元模型进行子结构分析，通过三种不同的子结构划分方式的计算比较得出主节点的数量对子结构的计算内存及时间影响很大，合理的划分子结构是子结构法分析的关键。
本文对自调螺栓连接装置在各个工况的力学行为进行分析，得到了产生一些常见问题的原因，从而更好的做好连接装置的安全维护工作。同时对大型模型计算提出了子结构法分析，提高了计算效率。
目 录
摘 要 I
Abstract II
第一章 绪论 1
1.1转炉连接装置的结构及应用 1
1.2课题的背景及意义 4
1.3国内外关于转炉托圈连接装置的研究概况 5
1.4有限单元法介绍 6
1.5课题研究内容及技术路线 7
1.5.1课题研究内容概述 7
1.5.2课题研究的技术路线 7
第二章 转炉及托圈连接装置非线性有限元模型的建立 9
2.1转炉及托圈连接装置三维实体模型的建立 9
2.1.1自调螺栓连接装置结构 9
2.1.2自调螺栓连接装置的工作原理及结构要求 9
2.1.3转炉及托圈连接装置整体模型 10
2.1.4托圈连接装置的受力位置 11
2.2转炉及托圈连接装置有限元网格的划分 12
2.3螺栓预紧力计算及施加 13
2.3.1自调螺栓预紧力计算 13
2.3.2螺栓预紧力施加方法 14
2.4加载和约束设置 15
2.4.1加载的设置 15
2.4.2约束的设置 16
2.5托圈连接装置三维非线性有限元数值分析方法 17
2.5.1状态非线性有限元分析方法 17
2.5.2接触模型理论 18
2.6载荷步设置 18
2.7自调螺栓安全系数 19
2.7.1强度理论的应用 19
2.7.2自调螺栓安全系数的计算 20
2.8本章小结 21
第三章 正常工况下自调螺栓连接装置的机械应力分析 22
3.1转炉质心位置的计算 22
3.1.1转炉的炉液质量的计算 22
3.1.2转炉最大倾动力矩的确定 22
3.1.3转炉质心坐标的计算 23
3.2正常工况下自调螺栓机械应力分析 25
3.2.1 0°时自调螺栓的机械应力分析 25
3.2.2 45°时自调螺栓的机械应力分析 28
3.2.3 62°时自调螺栓的机械应力分析 31
3.2.4 90°时自调螺栓的机械应力分析 33
3.2.5 180°时自调螺栓的机械应力分析 33
3.2.6小结 35
3.3本章小结 36
第四章 特殊工况下自调螺栓连接装置的机械应力分析 37
4.1 0°下止动块脱落时的应力分析 38
4.2 45°止动块脱落时的应力分析 39
4.2.1 45°下止动块脱落时的应力分析 39
4.2.2 45°上止动块脱落时的应力分析 39
4.2.3 45°上下止动块脱落时的应力分析 39
4.3 62°止动块脱落时的应力分析 40
4.4 90°止动块脱落时的应力分析 41
4.5 180°上止动块脱落时的应力分析 41
4.6废钢冲击对自调螺栓机械应力的影响 42
4.6.1加废钢的作用及方式 42
4.6.2废钢冲击力的计算 42
4.6.3施加冲击力时的机械应力分析 43
4.7本章小结 46
第五章 基于子结构法的自调螺栓接触分析 47
5.1子结构分析法简介 47
5.1.1子结构的基本概念 47
5.1.2采用子结构分析法的常见情况 48
5.2子结构分析法在ANSYS中应用 48
5.2.1子结构分析的基本步骤 48
5.2.2子结构主自由度选择的原则 49
5.2.3用超单元建立接触模型 49
5.3基于子结构有限元模型的建立 49
5.3.1子结构模型1的建立 49
5.3.2子结构模型2的建立 51
5.3.3子结构模型3的建立 52
5.4本章小节 56
第六章 结论与展望 57
6.1本文小结 57
6.2不足与展望 58
附录 59
参考文献 62
在校研究成果 65
致谢 66
