钢包台车优化设计的有限元分析毕业论文
有限元分析在工程机械钢结构设计及结构优化
有限元分析在工程机械钢结构设计及结构优化有限元分析在工程机械钢结构设计及结构优化中得到普遍应用，可用于计算整个结构的载荷，目前其主要用于工程机械钢结构静力学分析求得整体应力。
近年来，有限元分析逐渐用于结构动力学分析，以求得工作状态机械结构振动时，载荷满足设计需求。
标签：工程机械；结构设计；结构优化；有限元分析一、有限元法概述1.1 有限元理论有限元的核心思想是结构的离散化，就是将实际结构假想地离散为有限数目的规则单元组合体，实际结构的物理性能可以通过对离散体进行分析，得出满足工程精度的近似结果来替代对实际结构的分析，这样可以解决很多实际工程需要解决而理论分析又无法解决的复杂问题。
近年来随着计算机技术的普及和计算速度的不断提高。
有限元分析在工程设计和分析中得到了越来越广泛的重视，已经成为解决复杂的工程分析计算问题的有效途径，现在从汽车到航天飞机几乎所有的设计制造都已离不开有限元分析计算，其在机械制造、材料加工、航空航天、汽车、土木建筑、电子电器、国防军工、船舶、铁道、石化、能源、科学研究等各个领域的广泛使用已使设计水平发生了质的飞跃，但真正的CAE软件是诞生于70年代初期，而近15年则是CAE软件商品化的发展阶段，CAE开发商为满足市场需求和适应计算机硬、软件技术的迅速发展，在大力推销其软件产品的同时，对软件的功能、性能，用户界面和前、后处理能力，都进行了大幅度的改进与扩充。
这就使得目前市场上知名的CAE软件，在功能、性能、易用性、可靠性以及对运行环境的适应性方面，基本上满足了用户的当前需求，从而帮助用户解决了成千上万个工程实际问题，同时也为科学技术的发展和工程应用做出了不可磨灭的贡献。
近来又兼并了非線性分析软件MARC，成为目前世界上规模最大的有限元分析系统。
ANSYS软件致力于耦合场的分析计算，能够进行结构、流体、热、电磁四种场的计算，已博得了世界上数千家用户的钟爱。
ADINA非线性有限元分析软件由著名的有限元专家、麻省理工学院的K.J.Bathe教授领导开发，其单一系统即可进行结构、流体、热的耦合计算，并同时具有隐式和显式两种时间积分算法。
基于有限元分析的盾构掘进机台车优化设计
优 化 效 果 ， 对 于 工 程 实 际 中常 出现 的 多 目 但 标 。 约束 条 件 问题 则 存 在 数 学 模 型难 以建 多
凿 岩 机 械 气 动 工 具 ，０ ０ ２ ２ １（）
接 而 成 ， 择 梁 单 元 （ｅｍ ） 台 车 进 行 有 选 ｂａ ４ 对
１
限元 分 析 。在 建 模 过 程 中 ， 去掉 了一些 薄 壁 板 、细杆等 对计算 结果影 响不 大的 因素 。 Ｂａ ｅｍ４是 一 种 可用 于 承受 拉 、 、 、 的单 压 弯 扭 轴受 力 单 元圈 。这 种单 元 在每 个 节 点上 有 六 个 方 向 的 自由度 ：、 、 个 方 向 的线 位 移 ， 三 ， 和绕 ， ， 个轴 的 角位移 。本 单 元 的定 义 Ｙ 三
基 于有 限元 分析 的盾构 掘进 机 台车优 化设计
吴 遁 ， 毅 敏 ２刘 玉 江 ， 文 华 夏 ， 刘
济南 ２００ ； ５０ ２ （． １ 中铁 十 四局 集 团有 限公 司 隧 道 分 公 司 ， 山东 ２中南 大 学 机 电 工 程 学 院 ， 南 ． 湖 长沙
４０ ８） １０ ３
立及 计 算复 杂 。 于推广 应 用 等 问题【 难 ” 。鉴 于
此 ． 文利 用 有 限元 分析 软 件 Ａ Ｓ Ｓ ００对 本 Ｎ Ｙ １．
台车 进行 结 构 静 力 分 析 ． 此 基 础 上 提 出并 在
校验 了结构 优化 设计 方 案 。
施 工 中得 到 了越 来越 广 泛 的应用 。台车是 盾
单 元 座 标 系 下 轴 的转 角变 量 （）绕 轴 ，
（ 单元 座标 系下 ） 转 惯性 矩 （ Ｘ） 材 料 属 扭 Ｉ 及 Ｘ 性 。这 次选取 用作 台车整体 分析 的有 三种 型
【分析】毕业设计钢回转台联接螺栓的有限元分析
文档来源为:从网络收集整理.word版本可编辑.欢迎下载支持. 【关键字】分析内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题目：310T×2钢包回转台联接螺栓的有限元分析学生姓名：学号：专业：机械设计制造及自动化班级：指导教师：目录中文摘要Abstract第一章绪论1.1现代连铸机的结构特征1.2钢包回转台的组成1.3钢包回转台的基本形式1.4钢包回转台回转支承存在的问题1.5三排滚柱式回转支承的形式与特点1.6钢包回转台的载荷特点1.7钢包回转台的工作原理及工艺流程第二章钢包回转台的载荷参数及螺栓受力计算2.1 钢包回转台的载荷参数2.2 钢包回转台各种工作状况分析2.3 钢包回转台基础载荷和螺栓受力计算第三章钢包回转台联接螺栓受力分析的方法3.1 有限元方法的发展3.2 有限元法分析的一般步骤3.2.1 结构离散化3.2.2 单元分析3.2.3 整体分析3.3 ANSYS软件的介绍3.4 ANSYS有限元分析的典型步骤3.4.1 建立有限元模型3.4.2 加载和求解3.4.3 结果后处理第四章钢包回转台联接螺栓的有限元分析4.1 实体模型的建立4.2 有限元模型4.2.1 设置单元属性4.3 实体模型的网格划分4.4载荷及约束的施加结束语致谢参考文献摘要本设计题目是310T*2钢包回转台联接螺栓的有限元分析。
目标是利用ANSYS软件进行对钢包回转台联接螺栓进行有限元分析。
对钢包回转台底座选用了三排滚柱式回转支承，同时介绍三排滚柱式回转支承的原理、选型方法与计算。
在设计过程当中选用M42*400、10.9级精度的高强度螺栓来进行计算。
重点是用三排滚柱式回转支承联接螺栓的应力理论计算数值与ANSYS中有限元应力分析云图结果进行比较。
介绍本次设计的过程：第一，介绍大型连铸设备的发展及钢包回转台的一些基本概况，钢包回转台的组成和工作状况的介绍，同时介绍了钢包回转台的工作原理和工艺流程。
钢包回转台的基本形式和载荷受力特点；第二，介绍三排滚柱式回转支承安装螺栓装载能力的选型方法和原理。
冶金机械设计中有限元分析技术的应用
冶金机械设计中有限元分析技术的应用摘要：随着现代社会科学技术的不断发展，对现代设计理论和方法有了更高的要求。
现代设计理论和方法改变了许多行业的发展形式，将现代设计的理论和方法结合实际运用到机械的设计之中，是许多机械制造企业都会采用的机械设计形式。
最近几年，随着我国冶金技术的快速发展，利用现代的设计理论和方法对冶金结构进行设计，可以不断的降低机构的设计周期，同时还能提升机构的性能和使用寿命。
有限元分析技术随着计算机技术的发展逐步应用到了现代的冶金机械设计中，这对于冶金机械设备设计来说具有重大的意义。
文章通过对有限元分析的相关阐述，进一步分析了有限元分析技术在冶金机械设计中的应用。
关键词：冶金机械设计；有限元分析技术；应用随着计算机技术的迅速发展，有限元分析技术在冶金机械设计中的应用也得到了非常大的推广。
将现代的有限元分析技术应用于冶金机械的设计中，不仅可以减少冶金机械在运转过程中对环境产生的污染，同时还促进了机械更为合理的设计，提高了机械的利用率和自身的使用寿命。
所以，对有限元分析技术在冶金机械设计中的应用的分析，对于冶金机械设计来说具有积极的意义。
1 有限元分析技术概述简单的说，有限元分析就是运用一定的数学近似法，对真实的物理系统即几何和荷载工程状况进行的模拟。
利用单元这个简单而又相互作用的元素和有限数量的未知量进行对无限未知量的真实系统进行逼近。
2 有限元分析技术的发展趋势①与软件的无缝集成。
对于现在的有限元分析软件来说，软件的分析一般都采用的与CAD进行结合的方式使用，也就是说，部件和零件根据CAD的软件进行了改造造型之后，还可以将原有的设计模型输送到相关的软件中来，并通过一定的网络格式进行下一步的分析和计算。
因此，想要有效的对设计的水平和设计的效果进行提高，就需要对所分析过的结果进行再分析，直到达到最终的满意为止。
想要对现实中所存在的问题进行了解及分析，就需要对有限元软件进行不断的开发。
其中，CAD能够与有限元分析技术达到无缝的双向数据交换。
基于有限元的工程作业车车体优化设计
基于有限元的工程作业车车体优化设计基于有限元的工程作业车车体优化设计随着现代工程作业车的广泛应用，车体结构的优化设计变得越来越重要。
而有限元分析作为一种有效的工具，可以对车体结构进行优化设计，提高其性能和可靠性。
本文就基于有限元的工程作业车车体优化设计进行探讨。
一、引言工程作业车是一种广泛应用于建筑、交通及工程领域的特种车辆。
其主要目的是用于搬运重物或执行特殊任务。
而工程作业车的车体结构设计旨在提供良好的载荷分配和稳定性，以确保安全性和可靠性。
二、有限元分析在工程作业车车体优化设计中的应用有限元分析是一种基于数学模型的工程分析方法，通过将复杂的结构问题分解为有限数量的基本单元，然后计算这些基本单元的应力、变形和动力响应，最终预测整个结构的行为。
在工程作业车车体优化设计中，有限元分析可以用于以下几个方面： 1. 结构强度分析：通过有限元分析，可以对车体结构在受力工况下的强度进行评估。
结构的强度分析可以帮助设计师发现可能存在的应力集中区域或者疲劳寿命较短的区域，并进行合理的改进和优化。
2. 结构刚度分析：车体结构的刚度对于其在运行中的稳定性和振动特性有着重要影响。
有限元分析可以帮助设计师评估车体结构在不同工况下的刚度，发现可能存在的振动问题，并进行合理的改进和优化，以提高车辆的行驶稳定性和乘坐舒适性。
3. 材料选择和优化：有限元分析可以通过模拟不同材料的性能，在车体结构设计中选择合适的材料。
同时，有限元分析还可以进行材料的厚度优化，以在不影响结构强度的前提下减少结构重量，提高车辆的运载能力。
4. 结构可靠性分析：有限元分析可以通过模拟多种原因导致的结构失效，评估车体结构的可靠性。
通过检测可能存在的故障模式和失效位置，并进行合理的改进和优化，可以提高车辆的可靠性和使用寿命。
三、工程作业车车体优化设计的实例研究以某型号工程作业车的车体结构优化设计为例，进行实例研究。
首先，根据车辆的使用情况和设计要求，建立车体的有限元模型。
阐述基于有限元的钢包回转台结构优化
阐述基于有限元的钢包回转台结构优化钢包回转台是设在连铸机浇铸位置上方用于运载钢包过跨和支承钢包进行浇铸的设备。
它是连铸机生产线上的关键设备之一，起着连接上下两道工序的重要作用。
蝶形钢包回转台由底座、升降液压缸、回转架、钢包支座、回转臂、平行连杆、鞍形座、驱动装置、防护板等组成，其单臂承载能力为230t。
为降低人工成本，节约时间，利用以前设计的原单臂承载能力230t钢包回转台，利用有限元软件计算载荷在280t情况下的受力情况，根据分析结果对其结构进行改造，达到承载要求。
1 有限元分析模型的建立钢包回转台是由大量的钢板通过焊接组成的结构件，本文将厚长比小于1/15的构件采用壳单元处理。
钢包回转台工作时，液压缸有推力作用，本分析中把液压缸的推力当成系统内力，用刚性单元代替，如图1所示：图2是钢包回转台支撑臂处在接放钢包状态时的有限元分析模型。
钢包回转台各部分材料机械性能数据见表1。
2 边界条件2.1 约束钢包回转台是靠底座上的40个M72的螺栓固定在设备基础上，因此分析时用模拟螺栓作用的刚性单元代替实际螺栓，并施加全约束载荷。
如图3所示为底座约束局部图。
2.2 载荷钢包回转台所受到的载荷为装置自身的重力载荷和承受的钢包、钢水重力载荷。
2.2.1 自身重力载荷。
钢包回转台装置自身重力载荷：1720281.6N（175.36t，加上加盖装置自重）。
2.2.2 钢包、钢水重力载荷。
钢包回转台在高位放包时有三种载荷工况（以下分析中所述的高位满包载荷均乘1.8的冲击载荷系数）：工况I：高位满包、低位为空：满包载荷：280000×9.81×1.8=4.944E+6N工况Ⅱ：高位满包、低位空包：满包载荷：4.944E+6N空包载荷：100000×9.81=9.81E+5N工况III：双边满包：高位满包载荷：4.944E+6N低位满包载荷：280000×9.81=2.75E+6N钢包（含钢水）的重力载荷作用在鞍形座上，在本分析中将一对鞍形座上表面的若干节点用刚性单元集中连接于鞍形座对称中心点，然后在此中心节点上按不同的工况施加钢包和钢水的重力载荷，如图4所示：3 静强度分析基于上述边界条件，采用ANSYS非线性接触结构静力分析方法，得出了钢包回转台整体系统的应力和弹性变形位移结果。
基于ANSYS的钢模台车顶模架拓扑优化设计
Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ拓 扑 优 化 理论 对 顶 模 架 进 行 了结 构 拓 扑 优 化 设计 ，并 对 拓 扑 优 化 后 的结 构 设 计 方 案 进 行 了 有 限 元分 析 。对 比
水 力 发 电
第３ ９ 卷第 １ 期
２ ０ １ ３年 １ 月
基于 Ａ ＮＳ ＹＳ的钢 模 台车顶 模 架拓 扑 优 化 设 计
廖 湘 辉 ，陈文 琛 ，孙 海涛
（ １ ． 三峡 大 学机 械 与 材 料 学 院 ，湖 北 宜 昌 ４ ４ ３ ０ ０ ２ ； ２ ．中国葛 洲坝 集 团股 份 有 限公 司 ，湖北 宜 昌 ４ ４ ３ ０ ０ ２ ）
模 上 混 凝 土 的重 力 ，是 钢模台 车 的 主要 部 分 之 一 ， 因 此 在 钢 模 台 车 顶 模 架 设 计 中 ．对 其 刚 度 和 强 度 都 有 严 格 要 求 。但 在 实 际 设 计 时 ， 由 于 设 计 方 法 与 理 论 的 不 完 善 ， 往 往 依 赖 于 工 程 师 的 经 验 ，很 难 在 一 开始 就 获得 顶模 架 的最佳 结 构 布局 。本 文 以江 坪河 溢 洪 道 钢 模 台 车 为 例 ，采 用 ＡＮＳ ＹＳ对 其 空 间 布 局 进 行 拓 扑 优 化 ， 使 其 可 在 较 轻 质 量 的 前 提 下 达 到 最 大
２ ． Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ Ｇ ｅ ｚ ｈ ｏ ｕ ｂ ａ Ｇ ｒ ｏ ｕ ｐ Ｃ ｏ ． ， Ｌ ｉ ｄ ． ， Ｙ ｉ ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ４ ４ ３ ０ ０ ２ ， Ｈ ｕ ｂ ｅ ｉ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
钢包回转台文献综述
钢包回转台举升机构1 前言钢包回转台是炼钢厂的关键设备，位于炼钢跨和连铸跨之间，用于承接钢包并实现连续浇铸。
其作用是将炼钢跨送来的盛满钢水的钢包送至连铸跨的浇铸位置, 钢水浇铸完后，通过转台的回转，将空包送回炼钢跨。
当钢水浇注结束后，经设备旋转将空钢包送回炼钢跨，同时将新的盛满钢水的钢包送到连铸跨，从而保证连铸机连续浇注生产［1].在近代连铸设备中采用钢包回转台具有如下特点：1）它能迅速准确的将载满钢水的钢包运送至浇钢位置,并在浇钢过程中支承钢包；2）更换钢包迅速、能适应多炉连浇的需要；发生事故或断电时,能迅速将钢包移至安全位置;3）能实现保护浇注,并通过安装钢水称重装置，浇注更顺利；4）占用浇铸平台面积小，有利于浇注操作［2]。
由于钢包回转台在连铸生产中被广泛采用，因此其结构的可靠性、安全性,以及制造的合理性、经济性已成为国内许多设计单位关心的问题。
2 钢包回转台主要型式钢包回转台按驱动装置可分为单驱动和双驱动两种，按转臂结构可分为整体摆动式和双臂摇摆式[3］。
图1所示为双臂摇摆式回转台的一种，又称为蝶式回转台。
该回转台的双臂可单独回转、升降，也可以同时回转、升降，是现代钢铁行业应用最为广泛的钢包运载装置[4］。
转臂有使钢包保持水平的结构。
回转台的下部由转盘、底座组成，中间用止推轴承链接,转盘上的销轴链接左、右两个臂，两个臂的升降由两端铰接的液压缸来推动。
图1 蝶形回转台结构示意图1-钢包；2-横梁；3-测压仪；3—托梁;4—升降装置；5-转台；6—底座；7—回转接头图2所示为整体转臂式回转台(单驱动式）,又称直臂式钢包回转台，直臂式钢包回转台的两个钢包支承在同一直臂的两端，同时作旋转和升降运动,一般来说,没有升降功能的回转台多采用这种型式,但也可在直臂的两端设置升降装置［10]。
凡是钢水需要过跨的连铸机一般都选用这种回转台。
图2 直臂式回转台结构示意图1—直臂;2-止推轴承；3—底座；4-驱动装置；5-定位装置多功能回转台指带有吹气调温、钢包加盖、钢包倾翻以及快速更换中间包等功能之一的钢包回转台.钢包回转台由回转部分、固定部分、润滑系统和电控系统所组成。
毕业设计(论文)-基于有限元方法对C6140机床主轴的分析
毕业设计说明书基于有限元方法对C6140机床主轴的分析学院：专业：班级：指导教师：学生姓名：2011．5．10I本科毕业论文摘要ANSYS有限元软件包是一个多用途的有限元法计算机设计程序，可以用来求解结构、流体、电力、电磁场及碰撞等问题。
因此它可应用于以下工业领域：航空航天、汽车工业、生物医学、桥梁、建筑、电子产品、重型机械、微机电系统、运动器械等。
C6140机床是最常见的一款普通手动车削机床，该机床结构较为简单，操作方便，加工精度高，价格低廉，因此得到了广泛的使用。
目前很多C6140机床都做了适当的改进，使其适用性得到了更大的提高。
本设计是基于ANSYS软件来对C6140机床主轴经行分析。
与传统的计算相比，借助于计算机有限元分析方法能更加快捷和精确的得到结果。
设置正确的模型、划分合适的网格，并合理设置求解过程，能够准确的获得分析模型各个部位的应力、变形等结果。
对零件的设计和优化有很大的参考作用。
正是因为上述优点，我在本设计中运用PRO/E来建立C6140机床主轴的三维模型。
再将此模型导入ANSYS软件来对其经行分析。
关键词C6140；主轴；三维建模；ANSYS；动静态分析Qq 945846125IIIII本科毕业论文AbstractANSYS (finite element) package is a multi-purpose finite element method for computer design program that can be used to solve the structure, fluid, electricity, electromagnetic fields and collision problems. So it can be applied to the following industries: aerospace, automotive, biomedical, bridges, construction, electronics, heavy machinery, micro-electromechanical systems, sports equipment and so on.C6140 machine is the most common a regular manual turning machine, the machine structure is simple, convenient operation, high precision, low prices, it has been widely used. At present, many have made the appropriate C6140 machine improvements, it has been greatly enhanced applicability.The design is based on ANSYS software to C6140 by the line of spindle. Compared with the traditional calculation, computer-based finite element analysis method can be faster and more accurate results. Set the correct model, dividing the right grid, and set a reasonable solution process, analytical model can accurately access the various parts of the stress and deformation results. On the part of the design and optimization has great reference.It is because of these advantages, the use of this design in my PRO / E to create three-dimensional model C6140 spindle. Then this model was introduced by the ANSYS software to its line of analysis.Keywords C6140; spindle; three-dimensional modeling; ANSYS; dynamic and static analysisIVV本科毕业论文目录摘要...................................................................................................................I I Abstract.. (IV)目录 (VI)前言 (1)第一章分析方法和研究对象 (3)1.1 ANSYS简介 (3)1.1.1ANSYS的主要应用领域 (3)1.2研究对象 (5)1.2.1C6140车床简介 (7)1.2.2C6140车床主轴箱 (10)1.2.3C6140车床主轴 (13)第二章C6140机床主轴的模型建立 (15)2.1 主轴二维制图 (15)2.2 主轴三维建模 (16)2.2.1 PROE软件简介 (16)2.2.2 PROE建立主轴模型方法 (19)第三章C6140机床主轴的受力特点 (23)3.1 主轴组件的布局 (23)3.2 主轴组件的受力 (24)3.3 C6140机床主轴简化受力模型·····································错误！未定义书签。
机床重要部件的有限元优化设计
机床重要部件的有限元优化设计文章简单介绍了有限元分析的发展和相关概述，并以某电解加工机床为例，用有限元分析软件ANSYS进行了相关分析。
标签：机床重要部件；有限元；优化设计1 有限元分析法概述在工程技术研究之中，有很多场的问题和力学问题，在解決这些问题时，如果只是使用一些微分方程或微分方程组来解决这些问题，得到的结果的精确度不能令人满意，这时我们需要采用比较精确的数值计算来求得满足工程技术需要的近似解。
目前工程技术领域主要的数值计算方法包括有限单元计算法和有限差分计算法。
有限差分法处理的工程问题都比较简单，对于一些较为复杂的工程计算问题，采用有限单元法比较有效。
有限单元法在使用一些公式的基础上将初始条件下和限定条件下的微分方程转化为代数方程采用矩阵计算的方法，最后借助高速计算机计算出合理的结果。
由于使用该方法比较方便快捷，目前，有限单元法是工程技术计算时使用最为广泛的一种方法。
有限单元法的基本思想是通过描述一些单元和节点，将复杂连续的数据结构划分为几个有限的小的计算单元，通过这些单元的有效组合求解出满足初始条件和限定条件的最优解。
这种先将整体计算分为小的计算部分，在将各个小的计算单元积分起来的计算方法就是有限单元法。
具体的来看，运用有限单元法分析某一个具体的工程问题时，要先将这样一个大的计算问题分割为一个一个比较小的计算单元，其次，在满足相关初始条件和限定条件、材料特性、工程荷载量的基础上求解非线性和线性方程组，从而得到相应的应力、位移、力度、应变等计算结果，最后运用计算机将该结果通过图片或表图等形式表现出来。
从数学的角度来看，有限单元法是将连续的求解域分解成几个有限的计算单元，并在每一个单元里面设定一定数量的节点从而可以将该求解域当作是由一个一个的小的计算单元连接起来的数据计算的集合体，同时以函数的节点值当作未知量，在每一个计算单元中预先假设一个相识的函数来表示求解域中函数分布的具体规律，然后根据已知的条件建立以求解节点中这些未知量的有限元方程组，通过这样的转化缩小所求解的未知量范围，将一个无线未知数的难题转化为一个离散域中的自由度有限的问题。
钢包转台建模及有限元分析-修改
钢包回转台的三维建模及有限元分析张晓春袁振文首钢工学院北京 100041摘要：为了校核在钢包容量增大的前提下设备安全系数是否符合要求，采用有限元方法对于钢包回转台进行了结构分析。
应用数字化建模技术进行钢包回转台零件的三维建模；对于需要进行校核的主要部件进行数字化虚拟装配；采用有限元方法对于受力关键部件进行了网格划分、应力应变分析。
设备强度校核结果表明：在钢包回转台在结构不变的前提下，钢包容量从原来的300吨增加到目前的320吨时，设备安全系数符合要求，可以满足钢包容量增加以后的强度要求。
虚拟装配所得到的设备三维数字模型，为进一步进行数字化机构分析奠定了基础。
关键词：连铸，钢包回转台，计算机辅助工程，建模，装配，有限元方法Three-dimensional Modeling and Finite Elenent Analysisof Ladle TurretX.C. ZHANG1, a, Z.W. YUAN1, b1Shougang Institute of Technology，Beijing，100041，Chinaa zxcff@,b yzhwen1971@Keywords:Continuous casting, Ladle turret, Computer aided engineering, Modeling, Assembly, Finite element methodAbstract.To verify if the factor of safety was adequate while the steel ladle capacity was extended, the steel ladle turret structure was analyzed with the finite element method. The three-dimensional model of the ladle turret parts were constructed with the 3D digital modeling technology. The models of main subassembly that need to be checked were digitally assembled imitatively. The key forcing parts were FEM Meshed and analyzed the stress and the displacement. The verify check results show: The factor of safety of the equipment is large enough for the ladle capacity raised from 300t to 320t without changing the ladle turret structure. It can meet the strength requirement after the ladle capacity was extended. The equipment assemble three-dimensional model can also be used for further digital mechanism analysis.1 引言连铸机的钢包回转台安装在连铸车间钢水接受跨和连铸跨之间的浇铸平台上，是连续铸钢生产的重要设备，由一组套筒与钢梁及顶、底板、筋板等构成，结构紧凑、复杂，如图1[7]所示，其作用是实现满包与空包的快速更换。
连杆式钢包回转台的整机有限元分析
Ｆｉ ｔ ｅ ｅ ｔＡｎ ｌ ｓｓ ｏ ｎ ｅ ｔｎ ｄ Ｓ ｅ ｌＰａ ｋ ｇ ｔ ｔｎｇ Ｓｔ ｔｏ ｎｉｅ Ｅｌ ｍ ｎ ａ ｙ ｉ ｆＣｏ ｎ ｃ ｉ ｇ Ｒｏ ｔ ｅ ｃ ａ ｅ Ｒｏ ａ ｉ ａ ｉ ｎ
Ｗ Ａ ＮＧ －ｇａ Ｌｉ ｎｇ‘ ＬＩＬｉ —ｌｎ ， Ｍ Ａ ． ｎｇ ｉ ｇ２ Ｘｕｅ —ｄｏｎｇ 。
中将 其简 化 为刚体 。几何模 型 如 图 Ｉ 所示 。 模 型 的 位 移 约 束 条 件 为 机 架 底 座 的 下 表 面 阎定 约
束， 结构 所受 载 荷 为钢包 的实 际重 量 为 ２ ０ ， ２ ｔ分摊 到 左右
转 台升降装 置 为原型 ，进行 了整 机有 限元静 强度 计算 ， 其 ２３ 边界 条件 ． 目的是为此机 构 的安全性 和可靠性 提供相 应 的理论依 据 。
（ ｉｙ ｅ ｖ ｎ ｉｅｒ ｇＭａｈｎ ｒ Ｃ ．ｔ， ｎ ｕ ｎ ｄ ｏ０ ６ ０ ， ｈｎ ；．ｎｖｔｉ ｆ ｃｅｃ ｎ １ ｎｅＨ ａｙＥ ｇｎｅｉ ｃ ｉｅｙ ｏ ｄ Ｑｉｈ ａｇ ａ ６ ０ ４ Ｃ ｉａ ２Ｕ ｉｅｓ ｙｏ ｉｎ ｅａ ｄ Ｑ ｎ Ｌ ’ｔ Ｓ
Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙＬｉｏ ｎ ， ｓ ａ ４ ４ ，Ｃｈｎ ｃ ｎ ｌｇ ａ ｎｉｇ Ａｎ ｈ ｎ １１ ０ ４ ｉａ）
２ 有 限元 分析
为 了考 察 机构 的安 全性 ，采 用 Ｃ Ｓ ｓ ｒｓ 行 托 臂 上部 测 重机 构 的 ４个 支座 面 上，并在 机 架底 部施 加 Ｏ ＭＯ ｗ０ｋ 进
了升降机 构 的整机 静强 度分 析 。
２， 零件 设计 Байду номын сангаас模 和虚 拟 装配 ．
固定 约束 （ 图 ２ 。 虑到 冲 击因 素 ， 见 ）考 应乘 以动载 系数 ， 参 考 有关 文献 ， 动载 系数 取 １ 。 ． ６
钢包回转台连杆的强度有限元分析
关 键 词 ： 包回转 台； ； 钢 连杆 强度有限元分析
中图分 类号 ： Ｂ ｌ． 文献标 识码 ： 文章编 号 ：６４ ０８２１ ）３ ２６ ４ Ｔ ｌ５１ Ａ １７— ４（０２０— ５— １ ０ ０
连 续铸 钢作 为一 种新 的炼 钢工艺 ， 降低生 产成 本 、 高经 济效 益 、 在 提 简化 加 工 工艺 等方 面显 示 了极
２ ０１１： ＿ ｌ
．
，
Ｅ ３ 进 ， 栋 ， 国 业． Ｓ １ ． ４段 倪 王 ＡＮ ＹＳ ０ ０结 构 分 析 从 入 门到 精 通 ［ ． 北京 ：兵 器 工 业 出版 社 ，０ ６９ ． Ｍ］ ２ ０ ：３
Ｓ ｒ ｎｇ ｈ ｆｎ ｔ ｌｍ ｅ ｎ ｌ ｓｓ ｏ ｔ ｅ ｔ ｉ ｉｅ ｅ ｅ ｎｔａ ａ ｙ ｉ ｆ
摘 要 ： 冶金设备钢 包回转 台的使 用过程 中， 在 左右对称 的两个连杆会 因工况较差 而经常损坏。为 了掌握
连 杆 的 损 坏 原 因 ， 用 Ｐ ０ Ｅ １ Ｅ ｌｆ ｅ 件 建 立 了钢 包பைடு நூலகம்回 转 台右 连 杆 的 三 维 模 型 ， 用 ＡＮＳ Ｓ软 采 ｒ ／ ＮＧ ＮＥ Ｒ Ｗｉ ｉ 软 ｄｒ 采 Ｙ
ｓ ｅ ｌｐａ ｋａ ｅ ｒ ｔ ｔｏ ａ ｌ ｏ ｎｅ ｔｎｇ ｒ ｄ ｔｅ ｃ ｇ ｏ ａ ｉ ｎ ｔ ｂ ｅｃ ｎ ｃ ｉ ｏ
ＬＩ Ｌｅ ｇａｎ ，ＬＪ Ｈ ｏ ｇｙｕ。，ＧＵ０ ｎ ，Ｘ Ｕ Ｚｅ ｎ Ｕ ｉ ｇ Ｕ ｎ Ｆｅ ｇ。 ｎｉ ｇ
（ ． ｉ ｅ Ｒｏ ｃ ｏ ｙ Ａｎｇ ｎ ｔ ｅ ｍｐ ｎ ｍｉｅ Ａｎｓ ａ １ ０２ ， ｉ ａ ２ Ｓｃ ｏ ｌｏ ｅ ｈ ｎ ｃ ｌＥｎ ｉ ｅ ｒｎ ｎ １ Ｗ ｒ ｄ Ｆａ ｔ ｒ ， ａ ｇ Ｓ ｅ ｌＣｏ ａ ｙ Ｌｉ ｔ ｄ， ｈ ｎ １ ４ １ Ｃｈ ｎ ； ． ｈ ｏ ｆＭ ｃ ａ ｉａ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ａ ｄ Ａｕ ｏ ｔ ｍａ ｉ ｎ， ｔｏ Ｕｎ ｖ ｒ ｉｙ ｏ ｉｎｃ ｎ ｃ ｎ ｌ ｇｙ Ｌｉ ｏ ｉ ｇ， ｓ ａ １ ０ ， ｉ ｅ ｓ ｔ ｆＳｃｅ ｅ ａ ｄ Ｔｅ ｈ ｏ ｏ ａ ｎ ｎ Ａｎ ｈ ｎ １ ４ ５１ Ｃｈｉ ａ ３ ｎ ； ．Ｅｑ ｉ ｍｅ ｔＥｘ ｍｉ ａ ｉ ｎ ａ ｄ Ｒｅ ａ ｒＥｎ ｉ ｅ ｉ ｇ Ｃｏ ｐ ｎ ｕｐ ｎ ａ ｎ ｔｏ ｎ ｐ ｉ ｇ ｎｅ ｒｎ ｍ ａ ｙ，
钢包车焊接车架结构有限元分析与研究
— ．
要的承载部件 。前后两个端梁起到连接作用。主 动端梁侧设有电动机座和减速机座 ， 用来安装 电 动 机 、 速机 和制 动器 等装 置 。 减 钢包车 的车架采用全钢焊接结构 ， 钢板 的材 质 为 Ｑ ４ 。焊接 方 法 为 二 氧 化碳 气 体 保 护 焊 ， ３５ 焊 丝 为 Ｈ ８ ２ ｉ 焊 缝 的 强 度 稍 高 于 母 材 的 强 ０ Ｍｎ ＳＡ。 度 。采 用 连 续 焊 缝 ， 接 完 毕 后 的 车 架 可 以 近 似 焊 认 为是 一个 整体 。
出钢 包 车 的 应 力和 应 变 云 图 ， 定 了危 险 点 和 危 险 截 面 。 确
【 关键词 】 钢包 车 车架
有限元分 析
Ｆｉ ｉ ｅ ｅ ｔ ｎ ｔ Ｅｌｍ ｎ ａ ｙ ｉ ｎ ｓ ａ ｃ ｎ Ｗ ｅｄ ｄ Ｆｒ ｍ ｅＣｏ ｓ ｒ ｃ ｔ ｏ ｏ Ｌａ ｌ ｒ ｆ ｄ ｅＣａ
【 ｂｔａｔＴｅ３Ｄｍ ｃａｉ ｌ ｅｉ ｉ ｆ ａ ｏｄ ｒｓｓ ｓｄｔ ｂｉ ｆｉ ｌ ｅｔ Ａ ｓ ｃ】ｈ － ｅｈｎ ａｄｓｎｎ ｓ ｔ ｒ ＳｌＷｏ ｅ ｕｄ ｎｅ ｅ ｎ ｒ ｃ ｇ ｇ ｏｗ ｅ ｉ ｋ ｉｕ ｏ ｌａ ｉｔｅ ｍ
ａ ｌ ｓｓ ｍｏ ｌ ａ ｄ ｄ ｓｇ ｈ ａ ｌ ａ ｃ ｏ ｄｉ ｇ ｔ ｈ ｃ ｕ ｌｃ ｎｄ ｔ Ｉｓ ｎａｙ ｉ ｄｅ ｎ ｅ ｉ ｎ ｔ ｅ ｌ ｄ ｅ ｃ ｒ ａ ｃ ｒ ｎ ｏ ｔ ｅ ａ ｔ ａ ｏ ｉｉｎ ．Ｂａ ｅ １ｏ ｈ ｏ ｄｓ ａ ｄ ￣ ｓ￣ ｎ ｔｅ ｌａ ｎ
靠传统的经验和方法 ， 即依靠经典的材料力学 、 弹 性 力 学 、 构 力 学 的经 验 公 式 … 结 。这 种 方 法 ， 有 具 简 单 易 行 的优 点 ， 是 由于 经 验 设 计 带 有 相 当 的 但 盲 目性 ， 而且设计周期 长。该方法也不能对车架 结 构 的 应 力 分 布 及 刚 度 分 布进 行定 量 分 析 ， 计 设 中不可 避 免地 造 成 车架 各 部 分强 度 分 配不 合 理 的 现象 。这 样使 得整 个 车架设 计 的成本 提 高 。 有限元分析方法可 以缩短产 品开发周期 ， 降 低 费 用 ， 开 发 的 产 品更 具 有 竞 争 力 。本 文 利 用 使 有限元分析技术 ， ｃ ｓ Ｏ ｏ ｓ 以 Ｏ Ｍ ｓ ｒ 为分析平台 ， ｋ 针 对 焊 接 车 架 进 行 静 态 分 析 ， 终 得 出钢 包 车 的 最 应 力和应 变 云 图 ， 确定 了危 险点 和危 险截 面 １ 。
装修作业台车整体结构的有限元模态分析
α文章编号:100127445(2001)0320182204装修作业台车整体结构的有限元模态分析曾盛绰,吴思源(广西大学机械工程学院,广西南宁,530004)摘要:采用AN SYS软件对装修作业台车整体结构进行了有限元模态分析,并给出了小车在不同位置时的各阶固有频率和振型.关键词:模态分析;有限元;振型中图分类号:TU767 文献标识码:A装修作业台车是一种面向室内装修作业的升降行走机械,本文对其整体结构进行有限元模态分析,为小车结构的优化设计,提高整车的性能提供了依据.1 模态分析的基本理论模态分析用于抽取结构的固有频率和振型,其目的是为了避免系统在工作时发生共振和出现有害的振型,同时也可作为其它更详细的动力学分析的起点,如瞬态动力学分析、谐响应分析、谱分析.有限元法的基本思想是将弹性体离散成有限多个单元,而后根据各单元结点的位移协调条件与平衡条件建立整体刚度方程:[K]{U}={R},(1)式中[K]为结构总刚度矩阵,{U}为节点位移,{R}为节点载荷.上述方程同样适用于弹性体承受动载荷的有限元分析,因动载荷随时间t变化,是时间t的函数,记其为{R(t)},因此整体刚度方程式可改写为:[K]{U(t)}={R(t)}.(2)动载荷{R(t)}可以是作用在弹性体上的动载激励{F(t)}、或是惯性力{P T(t)}、或是阻尼力{P C(t)},即:{R(t)}={F(t)}+{P T(t)}+{P c(t)}.(3)根据惯性力定义,惯性力可表示为:{P T(t)}=-[M]{Uβ(t)},(4)式中[M]为质量矩阵,{Uβ(t)}为加速度列阵.如果阻尼力正比于速度,则阻尼力可表示为{P C(t)}=-[C]{Uα(t)},(5)其中[C]为阻尼矩阵,{Uα(t)}为速度列阵.对于具有n个自由度的结构部件,将(3),(4),(5)式代入(2)式可得弹性体振动的基本方程为:[M]{Uβ(t)}+[C]{Uα(t)}+[K]{U(t)}={F(t)}.(6)由式(6)可以得到结构无阻尼自由振动的运动方程为[M]{Uβ(t)}+[K]{U(t)}+={0}.(7)结构的自由振动可分为一系列简谐振动的迭加,因而可设式(7)解的形式为第26卷第3期2001年9月广西大学学报(自然科学版)Journal of Guangxi U niversity(N at Sci Ed)V o l.26,N o.3 Sep t.,2001 α收稿日期:20010620;修订日期:20010810作者简介:曾盛绰(1957),男,广西合浦人,广西大学副教授.{U (t )}={5}e i Ξt ,(8)式中,{5}为振幅列阵,Ξ为简谐振动频率,t 为时间变量.将式(8)代入(7)并消除因子e j Ξt ,得:([K ]-Ξ2[M ]){5}=0,(9)或写成[K ]{5}=Ξ2[M ]{5},(10)上式有解的条件为det ([K ]-Ξ2[M ])=0,(11)式(11)称为结构的特征方程.求解该特征方程可求得n 个特征值Ξ12,Ξ22,…,Ξn 2,以及对应每个特征值的n 个线性无关的n 维特征列向量51,52,…,5n .在模态分析中,称特征值的平方根Ξi (i =1,2,…,n )为结构的i 阶固有频率(或模态频率),特征向量{5i }(i =1,2,…,n )为i 阶模态振型(或i 阶模态,主模态),由各阶模态振型组成的n ×n 阶方阵[5]n ×n =[51,52,…,5n ]为模态矩阵.2 AN SYS 软件模态分析功能对模态分析,AN SYS 程序假定结构自由(无载荷),有阻尼或无阻尼振动,用下列运动方程进行描述:[M ]{U β}+[C ]{U α}+[M ]{U }=0.该方程可作为特征值问题,对无阻尼情况(最通用的模态分析)阻尼项[C ]{U α}被忽略,且方程简化为:([K ]-Ξ2[M ]){U }=0.其中Ξ2(固有频率的平方)表示特征值,{U }(振型,不随时间变化)表示特征向量.对阻尼情况,运动方程简化为:([K ]+i Ξ[C ]-Ξ2[M ]){U }=0.AN SYS 软件提供了六种模态提取方法:Sub sp ace 法(子空间法)、B lock L anczo s 法(分块的兰索斯法)、Pow er D ynam ics 法、R educed 法、U n symm etric 法和D am p ed 法.使用B lock L anczo s 或子空间技术能使大多数模态分析得到很好的解决.这些方法使用完全的刚度和质量矩阵,有很高的效率和精度,且只需要很少的用户介入.Pow er D ynam ics (使用PCG 迭代求解器的子空间技术)则是一种很快且很适用于那些仅包括体单元的模型的方法.3 装修作业台车整体结构模态分析3.1 模态分析有限元模型的建立装修作业台车是一种变构形的时变结构,随着升降高度的变化,机构的构形在不断变化.由于使用时较关心小车在起始位置和最高位置时的固有频率和振型,因而本文分别对处于这两种位置时理想连接情况下模型的固有频率和振型进行分析计算.(1)单元的选择和有限元模型的建立本文在I -D EA S 软件B eam Secti on 模块里构造好各种截面参数的梁单元后,分别对装修作业台车在起始位置和最高位置的模型进行网格划分.在I -D EA S 里建立好模型后,通过I -D EA S 软件对AN SYS 软件的转换接口得到I -D EA S 有限元模型向AN SYS 有限元模型转换的转换文件,在AN SYS 软件里读取转换文件后,分别得到装修作业台车在起始位置和最高位置的有限元模型如图1和2所示.(2)边界条件的给定在典型有限元模态分析中唯一有效的“载荷”是零位移约束,其它类型的载荷(力、压力、温度、加速度)可以在模态分析中指定,但在模态提取时将被忽略,因而只给有限元模型施加约束边界条件.在车架后轮轴和滚动轴承座连接处,限制除绕z 轴转动和沿x 方向移动外的所有其它自由度,前轮轮轴处限制除绕z 轴转动和绕y 轴转动外的所有其它自由度.在剪叉销钉连接处和铰接头处耦合其除绕z 轴转动外所有其它自由度来模拟转动铰.在底架和顶架滑道处耦合其除沿x 方向的移动自由度和绕z 轴转动自由度外的所有其它自由度来模拟滑动连接.381第3期曾盛绰等:装修作业台车整体结构的有限元模态分析图1 起始位置时整体结构的有限元计算模型 图2 最高位置时整体结构的有限元计算模型3.2求解结果分析建立好有限元模型后,在AN SYS 软件里用Sub space 法(子空间法)进行求解,分别提取了30阶模态.表1和表2分别列出了装修作业台车在起始位置和最高位置时频率在100H z 范围内的各阶固有频率和振型,图3～图6为部分模态振型图.由表1和表2可以看出,装修作业台车有非常丰富的低频分量,且存在密频现象,其各阶振型主要对剪叉和顶架构成影响.表1 起始位置时的固有频率和振型阶数固有频率 H z 振型描述阶数固有频率 H z 振型描述1 4.850剪叉和顶架上下摆动(图3)10 55.332剪叉对角扭曲27.416剪叉和顶架左右摆动1157.730剪叉对角扭曲314.721剪叉和顶架前后摆动1258.995顶架扭曲422.409上部剪叉扭曲1368.192剪叉对角扭曲527.073剪叉对角扭曲1473.313上部剪叉和顶架扭曲629.483上部剪叉和顶架扭曲1584.207上部剪叉和顶架扭曲734.445上部剪叉和顶架扭曲1687.194顶架和剪叉扭曲842.775顶架扭曲1796.043剪叉对角扭曲951.524顶架上下翻动扭曲(图4)18100.03上部剪叉和顶架扭曲表2 最高工作位置时的固有频率和振型阶数固有频率振型描述阶数固有频率振型描述15.682剪叉和顶架左右摆动(图5)1046.232剪叉和顶架前后摆动27.072剪叉和顶架上下摆动1151.030顶架扭曲(图6)38.672上部剪叉和顶架扭曲1258.398剪叉对角扭曲418.374剪叉和顶架前后摆动1369.546剪叉和顶架前后摆动523.427剪叉对角扭曲1479.546顶架上下翻动扭曲626.205剪叉对角扭曲1586.158剪叉和顶架上下摆动731.556顶架上下翻动扭曲1690.733顶架扭曲836.155上部剪叉扭曲17100.06顶架扭曲940.842顶架和剪叉扭曲图3 起始位置时1阶振型 图4 起始位置时9阶振型481广西大学学报(自然科学版)第26卷 图5 最高位置时1阶振型 图6 最高位置时11阶振型4 结束语本文对装修作业台车进行有限元模态分析,分析结果表明,装修作业台车整体结构具有丰富的低频成分,且存在密频现象,如在起始位置时,整车在50～60H z 频段存在密频现象.各阶振型主要表现为剪叉和顶架摆动、扭曲,特别是剪叉的摆动、扭曲会影响工作时的稳定性和安全感,其中较为突出的是最高位置时11阶和12阶振型对整车的影响最大,因而设计时应尽量避开这些共振频率和有害振型.同时分析表明,剪叉是决定整个机构工作稳定性的主要因素,因而前后剪叉之间可适当增加连接杆来加强剪叉的稳定性.参考文献:[1] 杜平安.M CA E 计算机辅助工程[M ].北京:机械工业出版社,1996.[2] 周中坚,卢耀祖.机械与汽车结构的有限元分析[M ].上海:同济大学出版社,1997.[3] 黄铁球,吴德隆,阎绍泽.空间大型桁架式伸展机构的固有特性分析[J ].导弹与航天运载技术,1998,(5):1211.The ana lysis of the f i n ite elem en t m odular sta te of the wholedolly fram e for i ndoor f it m en tZEN G Sheng 2zhuo ,W U Si 2yuan(Co llege of M echanical Engineering ,Guangxi U niversity ,N anning 530004,Ch ina )Abstract :In th is paper ,the fin ite elem en t m odality of the w ho le do lly fram e fo r indoo r fitm en t has been bu ilt and the analysis based on it has been caugh t th rough by m ean s of u sing the softw are -AN SYS .A lso ,the stab le frequency and o scillating m ode co rresponded to every rank are given w hen the do lly is in differen t po siti on .Key words :analysis of m odu lar state ;fin ite elem en t ;o scillating m ode(责任编辑 唐汉民)581第3期曾盛绰等:装修作业台车整体结构的有限元模态分析。
采用有限元法的连铸中间包车设计
采用有限元法的连铸中间包车设计摘要：根据中间包车承载能力及使用要求，并结合现场情况。
采用有限元仿真分析，研发了连铸冶金工序中用于承载和调整中间包位置的中间包车。
研发过程中解决了既要尽量减轻中间包车质量，又要满足整体强度和刚度要求、升降装置同步精度要求高等问题。
该设备在运行过程中，强度、刚度、升降装置同步精度等均满足现场要求。
关键词：连铸中间包车、有限元仿真、强度校核、同步精度0引言目前连铸机均采用通过中间包的方式冶金，通过中间包冶金，可以防止钢水二次氧化和吸气，改善钢水流动状态，防止卷渣和促进夹杂物上浮，微调钢水成分，控制夹杂物形态和精确控制钢水过热度。
对提高连铸作业率，多炉连浇，扩大连铸品种，改善铸坯质量等有重要作用。
连铸机中间包车主要作用为：承载和调整中间包位置，中间包要求X、Y、Z三个方向可移动。
为保证冶金过程的稳定性，对中间包车整体强度和刚度、升降装置同步精度等要求较高。
本文根据中间包车承载能力、中间包位置调整要求，并结合现场使用情况研发了一款高低腿式中间包车。
基于Creo创建三维模型，建立力学模型求解了最大载荷工况下，主要零部件受力情况，采用有限元法以证明中间包车整体强度和刚度。
该机器在运行过程中，强度、刚度、升降装置同步精度等均满足现场要求。
1中间包车的组成中间包车用于连铸冶金工序中，是在中间包预热工位和浇注工位运载并支撑中间包的连铸设备，中间包车具备行走、升降、横向对中功能。
主要包括：升降装置、行走装置、横移装置、车架、操作平台、液压系统、润滑系统。
详细组成及结构形式见图1。
图1、中间包车1、升降装置 1.1、U形架 1.2、导向轮1.3.升降油缸 2、行走装置2.1、从动轮2.2、主动轮 3、横移装置3.1、横移支座3.2、滚轮 3.3、横移油缸 4、车架4.1、下连接杆 4.2、L形车梁 4.3、上连接杆5、操作平台6、液压系统7、润滑系统升降装置用于升降中间包，通过升降装置升降中间包，可实现水口插入铸机结晶器作业。
钢包回转台回转臂有限元分析
钢包回转台回转臂有限元分析刘俊日【摘要】对承载200 t的钢包回转台回转臂进行有限元分析,并据此进行优化设计,优化后的回转臂通过了强度校核.【期刊名称】《中国重型装备》【年(卷),期】2009(000)002【总页数】5页(P29-32,36)【关键词】钢包回转台;回转臂;有限元分析【作者】刘俊日【作者单位】上海宝钢工程技术有限公司炼钢事业部,上海201900【正文语种】中文【中图分类】O242.21钢包回转台回转臂在生产中要承受较大的载荷和冲击。
在设计过程中，有必要对回转臂进行受力计算和分析。
根据计算结果，对回转臂的设计进行优化。
宝钢集团某连铸工程钢包回转台单臂承载200 t，回转半径5 500 mm。
利用大型工程软件MARC对回转臂进行三维有限元计算。
钢包回转台立面图如图1所示。
回转臂为整体焊接结构，材料选用Q345-D，在材料厚度大于16 mm 、小于35 mm 的情况下，该材料的屈服极限为325 MPa，抗拉极限为470 MPa～630 MPa。
回转臂三维有限元计算的具体建模、计算、分析过程如下。
回转臂的三维实体模型如图2所示，模型中包括3个半球轴承。
为精确模拟实际工况，需建立有限元接触分析模型，利用大型工程软件MARC进行接触分析。
共划分4个接触体，采用4面体4节点单元划分网格，共划分单元202 858个，节点96 210个。
单元划分示意图如图3所示。
回转臂承受的载荷为两部分：钢包重量(钢包自重及钢水共200 t)和鞍座重量(12 t)，加载在回转臂前臂开孔处；回转臂本体自重约25 t，以设定重力加速度方式加载。
设定3个半球轴承轴承座底面固支。
建立回转臂本体与3个半球轴承座的接触关系，均设定为可变形体。
如图4所示。
工况设定为两种。
工况1：正常载荷；工况2：在冲击系数为1.5时，设定载荷增加1.5倍。
计算结果已考虑焊缝。
回转臂Mises应力云图如图5、图6所示，区域1及区域2受到的最大应力为158.6 MPa，区域3、区域4应力较高，Mises应力约在120 MPa左右。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
钢包台车优化设计的有限元分析毕业论文第一章总论1.1概述我国作为钢铁生产大国，目前正在积极采用工业自动化、薄板坯连铸连轧等先进钢铁生产技术，从而优化生产流程，提高钢材质量，增加经济效益。
薄板坯连铸连轧技术是国际上80年代末，90年代初开发成功的生产热轧薄板的技术，因其建设投资少、生产周期短和效率高等优点而成为当今世界钢铁工业具有革命性的前沿技术。
它集科学、技术和工程为一体，将热轧板卷的生产在一条短流程的生产线上完成。
目前世界上比较成熟且有代表性的薄板坯连铸连轧技术有:MDH公司的ISP（Inline Strip Production）工艺、奥联钢的Conroll工艺以及MDH公司与美国ChaParrd公司共同开发的UTHS工艺[]1。
钢铁集团公司是一个老的国有企业，设备的旧与技术的落后长期制约鞍钢的发展。
面临资金的不足，立足于企业自身的改造，采取“高起点、少投入、高回报”的方针，在原有连铸和炼钢设备的基础上，新投产了 1780热连轧机生产线生产精品钢来开拓市场。
钢铁集团公司于 1998年投入使用了1780生产线，它的投产主要与第二炼钢厂的两台板坯连铸机相匹配，是以厚度为200~250mm的大板坯为原料的连铸连轧短流程生产线。
该生产线为了适应国际新技术的发展趋势，结合我国的国情，仿照当代国外连铸和热轧带钢轧机生产领域中成熟、先进的薄板坯连铸连轧生产工艺来组织生产，取得了较好的效果。
其产品的质量、成材率、能耗、劳动生产率、环保等各项技术经济指标达到国领先水平。
生产钢材的品种有汽车冷轧板、军工钢、电工钢、耐侯钢等特殊钢和各种普碳钢种。
并且产品宽度和厚度规格也比较多，精度高，在市场上具有较强的竞争力，是一条优质、高产、多品种、低消耗、高效益的短流程生产线[]2。
转炉生产出来的钢水经过后部精炼工序作为缓冲，精炼处理钢水的能力虽然大于转炉的生产能力，但不同的钢种要求的工艺路线不同，各精炼工位使用生产的条件也不相同。
随着工业技术的不断进步，炼钢生产也不断发展，当今世界炼钢工艺都实现了100%炉外精炼和全连续化炉外精炼己成为生产优质钢和特殊钢不可缺少的工艺环节，在钢包车上进行LF炉外精炼即是其中之一。
1.1.1 炉外精炼简介将转炉、平炉或电炉中初炼过的钢液移到另一个容器中进行精炼的炼钢过程，也叫“二次炼钢”。
炼钢过程因此分为初炼和精炼两步进行。
初炼：炉料在氧化性气氛的炉进行熔化、脱磷、脱碳和主合金化。
精炼：将初炼的钢液在真空、惰性气体或还原性气氛的容器中进行脱气、脱氧、脱硫，去除夹杂物和进行成分微调等。
这样将炼钢分两步进行，可提高钢的质量，缩短冶炼时间，简化工艺过程并降低生产成本。
1933年法国佩兰（R.Perrin）应用专门配制的高碱度合成渣，在出钢的过程中，对钢液进行“渣洗脱硫”，这是炉外精炼技术的萌芽。
1950年在联邦德国用钢液真空处理法脱除钢中的氢以防止“白点”。
60年代末期以来，炉外精炼技术经过不断地发展，目前已有几十种方法应用于工业生产，逐步形成了炼钢工艺中的一个新分支。
中国于1957年开始研究钢液真空处理法。
建立了钢液脱气、真空铸锭装置，70年代建立了氩氧炉、钢包精炼炉和钢包喷粉装置等炉外精炼设备。
钢液的炉外精炼是把一般炼钢炉中要完成的精炼任务，如脱硫、脱氧、除气、去除非金属夹杂物、调整钢的成分和钢液温度等，炉外的“钢包”或者专用的容器中进行。
这样就把原来的炼钢工艺分成两步进行：第一，在一般炼钢炉中进行熔化和初炼，称为初炼炉；第二，在钢包或专用的精炼容器中进行精炼。
这些“钢包”或者专用的容器称为精炼炉。
1.2 钢包车简介1.2.1 钢包车国外研究现状随着冶炼工艺的改进与发展，现代炼钢已把炉前冶炼的大部分工作转移到二次精炼来完成。
钢水二次精炼方法种类繁多，其中，以LF炉精炼应用最广泛。
自1971年日本制钢公司成功研制出LF钢包以来，钢包炉在日本得到迅速发展。
早先以精炼处理特殊钢为主，是一种以电弧加热、氢气搅拌和渣精炼为核心的钢包精炼炉生产技术。
它既能提高电炉生产率，又能在炉外精炼方面显著提高钢水质量，加上设备简单，一次性投资小等优点，己在国外广泛应用。
在我国，随着连铸比的大幅度提高，LF炉也迅速地发展起来。
LF炉所处理的钢种儿乎涉及从特殊钢到普通钢的所有钢种。
钢包运输台车是炉外精炼设备中的一种必不可少的运输工具。
为了实现安全快速的生产，对钢包车的设计要求也越来越高[]5[]6。
在国外，在科学研究和工业化应用方面，有限元分析方法己达到了较高的水平，许多大型的通用的软件相当成熟，不仅在科学研究中普遍采用，在工程上也达到了实用阶段。
我国对于一般车架的设计及强度校核是依靠传统的经验和方法，即依靠经典的材料力学、弹性力学、结构力学的经验公式。
传统的经验分析设计方法，具有简单易行的优点，目前在我国的车辆设计计算中仍起一定的作用。
同时，该方法也有明显的不足，由于经验设计带有相当的盲目性，每次车架的设计改进都不会有明显的突破;而且设计周期长，使得车架的更新换代的速度比较慢，不能与现代化商品产竞争相适应。
该方法也不能对车架结构的应力分布及刚度分布进行定量分析。
因此，设计中不可避免的造成车架各部分强度分配不合理的现象。
这样使得整个车架的设计成本提高，而且某些部位强度不足，容易引起事故:某些部位强度又过于富余，造成浪费，从而使车架达不到优化设计的目的。
由于经验分析设计方法以上的不足，生产厂家迫切需要一种合理降低车架自重又能与市场竞争相适应的新的优化设计方法，来提高公司效益，提升产品档次。
其中运用有限元法结合参数化建模，可实现车架结构的整体刚度和应力分析及优化设计。
钢包台车新车型的车架结构设计一般是在原有车型车架结构的基础上，通过改进某些结构件的设计和布置而完成的。
新车型的车架结构能否满足刚度及强度的基本要求，进行有限元分析是目前广泛采用的方法。
有限元分析方法的优点是分析过程中不依赖于实物及样车试验，因此可以从设计初期就开始对设计进行分析、评价和优化。
在有限元方法应用于钢包台车车架结构设计初期，由于计算机软、硬件条件的限制和工程技术人员分析经验的不足，计算结果及计算模型需要试验数据进行修正。
进入了八十年代，伴随着计算机软、硬件的迅速发展和结构分析工程师们分析经验的积累和提高，车架结构计算机辅助分析的方法已不仅用于车架结构早期框架设计的各种约束条件下的拓扑和参数优化，还用于指导车架具体结构的确定及整车性能的模拟试验。
计算机辅助分析已成为一种面向车架结构设计全过程的有力工具[]7。
1.2.2 钢包台车车架结构设计的基本方法近二十年来，随着大容量、高速度计算机的出现以及计算机辅助分析(CAD)技术在车架结构设计中开始广泛应用，使并行设计的方法在车架结构设计中得到充分体现和迅速发展，下面的流程图以结构分析为对象说明了整个钢包台车车架并行设计过程（图1）。
图1 钢包台车车架结构设计流程1.2.3 钢包台车车架结构设计的新特点现代冶金工业的发展对钢包台车产品开发水平的要求愈来愈高，它要求整个车架具有足够的强度和刚度;同时要求缩短产品开发周期，降低费用，使开发的产品更具有竞争力。
传统的钢包台车设计走的大多是经验设计的路子，即产品设计以生产技术中的经验数据为依据，运用一些附有经验常数的计算公式为主要方法，这样的设计由于缺乏准确的设计数据和科学的计算方法，使产品的结构安全系数取的偏大，所设计的零件过于笨重。
随着计算机技术的发展，以CAD/CAE技术在提高产品质量和建立自主开发能力方面，对企业提供了极大的帮助随着计算机技术的飞速发展，CAE技术中一种新的结构数值模拟方法—有限元分析正越来越广泛的应用于冶金车辆产品开发中[]8。
这种方法与传统的钢包台车车架结构设计方法相比较具有以下新特点:l)设计与分析并行;2)优化的思想在设计的各个阶段被引入;3)大量的虚拟试验代替实物实验。
1.2.4工程分析(CAE)在车架结构设计中的应用计算机辅助工程(CAE)是一个很广的概念，从字面上讲它包括工程和制造业信息化的所有方面，但传统的以E主要指用计算机对工程和产品进行性能与安全可靠性分析，对其未来的工作状态和运行行为进行模拟，及早发现设计缺陷，并证实未来工程、产品功能和性能的可用性与可靠性。
[]9计算机辅助工程(CAE)在冶金车辆产品开发中的应用围非常广泛，从早期的车架结构简单的静刚度、强度分析，发展到现在为了减轻车架重量在结构设计中大量应用计算机优化方法，已经形成了一套较为完整的设计方法与试验程序。
如今，并行技术与计算机技术的结合则使CAE技术的前景变得更广阔。
现代的车架结构设计中CAE方法已得到广泛的应用，CAE技术中的有限元分析方法在机械结构强度和刚度分析方面因具有较高的计算精度而得到普遍采用，特别是在材料应力应变的线性围更是如此。
在结构设计中，车架是钢包台车中结构和受力都较复杂的部件，车架有限元分析的目的在于提高其承载能力和抗变形能力、减轻其自身重量并节省材料。
另外，就整个钢包台车而言，当车架重量减轻后，整车重量也随之降低，从而改善整车的动力特性和经济性等性能。
[]101.3 有限元的国外技术概况和发展概况1.3.1 有限元的基本概念所谓有限元法 (Finite Elelnent Methed)就是关于连续体(连续结构)的一种离散化的数值计算方法，亦即在力学模型上近似的数值方法，它的基本思路是:假想地将连续体(连续结构)划分为有限个单元。
这些单元都由具有一定自由度的节点相互连接而成矿这样，原来的连续体(连续结构)就变成为由有限个单元装配而成的离散结构，原有连续体的无限个自由度的问题就变为离散结构的有限个自由度的问题[]24[]25。
结构有限元法一般选择简单的函数近似地表达单元位移变化规律，利用力学推导建立单元的平衡方程式，再把所有单元的方程组集合成表示整个结构的力学特性的代数方程组，最后引入边界条件求解代数方程组而得到数值解。
由此可见，有限元法是从力学模型上采用分块近似，这在数学上只须求解一系列线性代数方程组，从而避免了求解力学微分方程这一繁难的环节，宜于用计算机进行求解。
有限元法的主要优点是物理概念清晰，容易理解和掌握，适用性强，应用围广泛，许多复杂的工况和边界条件都可灵活地加以考虑。
1.3.2 有限元的提出与发展从应用数学角度来看，有限元法基本思想的提出，可以追溯到四十年代的库朗(Courant)。
在1943年，他第一次尝试应用定义在三角形区域上的分片连续函数和最小位能原理相结合，来求解ST.Venant扭转问题。
一些应用数学家、物理学家和工程师由于各种原因都涉足过有限单元的概念。
但只是到1960年以后，随着计算机的广泛应用和发展，有限单元法的发展速度才显著加快。
现代有限元法第一个成功的尝试，是将刚架位移法推广应用于弹性力学平面问题.这是Turner、Clough等人在分析飞机结构时于1956年得到的成果。