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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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本文通過運用三維有限元軟件，對某鋼廠轉(zhuǎn)爐扭力桿芯部實施仿真，并分別對事故及額定力矩狀況下，在當量不同的初始缺陷所存在的機械應力，基于不同情形下，就應力強度相應因子予以提取。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，運用事先所進行編制的程序，將相對應的應力強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缺陷所存在的相應應力狀況，此外，還可得出三種應力強度因子之間所存在的對應關系。依據(jù)所得出的缺陷尺寸和對應缺陷之間所存在的關系，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增加，在缺陷所存在位置處的應力，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力強度因子狀況，如若在具體的缺陷處尺寸方面，增加幅度達到相應89.5mm狀況下，而在相應缺陷處，其在具體的應力方面，達到材料34CrNi3Mo在實際當中的屈服強度極限值，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，其實質(zhì)為基于Ⅰ型缺陷主導狀況下，所呈現(xiàn)出的具體的Ⅱ及Ⅰ復合型缺陷，也就是說在具體的裂紋擴展模式方面可劃分為兩種，分別為滑開型與張開型。依據(jù)機械設計手冊編委會所頒布的機械設計手冊（單行本）可查知，在溫室狀態(tài)下的34CrNi3Mo，其在具體的Ⅰ型平面，所具有的應變斷裂韌性為KIC=120～137MPa·M1/2通過相應分析可知，如若所存在的缺陷值為83mm，則在具體的應力強度因子KⅠ方面，則會就材料Ⅰ型相應平面應變斷裂韌性予以達到，即為KIC=120MPa·M1/2?；谌毕菰谒嬖诘奈恢梅矫媾c扭力桿相應芯部方面較為接近，而對其實施計算可知，扭力桿在芯部方面所存在的缺陷處，具體的應力水平則處于較低狀況，且還具有較小的應力強度因子值，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展狀況發(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)相關斷裂力學知識可知，材料的斷裂韌性、作用應力、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，在具體的應力強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，運用事先編制好的具體程序，將與之相對應的應力強度因子給與分別提取。通過就扭力桿在額定力矩狀態(tài)下相應缺陷處應力進行對比，其扭力桿在事故狀態(tài)下所存在的陷處的應力則呈現(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力便為材料34CrNi3Mo，相應屈服強度極限，即為σs=684Mpa。伴隨缺陷在尺寸方面的相應增加，則缺陷在具體的擴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，所存在的缺陷應力在其中處于相應主導作用，因此，其所對應的相應應力強度因子則會出現(xiàn)增大狀況。

結(jié)語

利用一種以有限元法為基礎，相應仿真鑄造初始缺陷方法，針對相應大型鑄造結(jié)構，其在具體的復雜應力所存在的作用框架下，對于結(jié)構力學性能，初始缺陷對其所造成的影響評估，在實際意義方面較強。而針對扭力桿芯部，對其所存在的初始缺陷，實施相應有限元仿真分析，得知基于相應額定力矩狀況下，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性。

參考：

［1］高素荷.大型轉(zhuǎn)爐傾動機構扭力桿有限元分析［J］.計算機輔助工程，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］.冶金設備，2010（4）：34-37.