大型高炉炉壳整体弹塑性分析

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本文基于有限元分析软件ADINA,对高炉炉壳整体进行受力变形分析。内容主要分成弹性和弹塑性分析两个部分。首先,本文回顾了高炉炉壳研究历史和研究现状,提出了采用分析设计方法的必要性,并对有限元方法、板壳理论及涉及到的壳体单元做了简要的介绍。其次,介绍了用ADINA建立高炉炉壳的过程及其考虑的因素。然后,文章进入研究的重点,高炉炉壳整体的弹性和弹塑性分析。在该部分,本文不仅得到弹性和弹塑性状态下,炉壳各个部分的受力特征和变形趋势,还对几个重要的影响因素:冷却孔开孔的折减厚度、应变强化模量的取值、加载路径对炉壳受力变形的影响做了进一步分析,并得到其变化规律和相应结论。本文得出的主要结论包括:①炉壳最大应力、变形均发生在炉缸段附近。炉壳壳体大部分的受力为水平和竖直两个方向,且以水平向的环向拉应力为主。②弹塑性分析时,材料应力-应变关系可采用具有一定强化刚度的二折线模型,且第二折线的应变强化刚度值可取为初始刚度值的2%。弹性分析时,炉壳整体模型各部分的受力变形与荷载基本呈线性关系;弹塑性分析时,受力变形与荷载图像近似的呈现双折线关系。③炉壳厚度折减所带来的对受力变形的影响主要集中在厚度折减段,对厚度折减的下面各段影响较小。在冷却板开孔率小于40%时,折减后的应力、变形与原来的应力、变形之比大致与二者的厚度之比呈倒数关系。有必要在高炉炉壳整体分析时,引入折减厚度来考虑冷却孔对高炉炉壳整体强度和刚度的削弱。在冷却板开孔率小于40%时,可近似取开孔段炉壳板厚的折减率为(100%-开孔率)。④在荷载不发生改变时,应变强化模量的增大会导致计算模型变形减小,应力增大,壳体材料的塑性应变减小。⑤加载路径对炉壳整体受力变形的影响不大。本文是为数不多的用ADINA软件对高炉炉壳进行整体分析的研究之一。它为我国的《钢铁企业冶炼工艺炉技术规范》提供理论依据。同时,为其他软件的同类研究提供对比数据,也为高炉炉壳的局部受力变形分析及其工程设计提供一定的参考。
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