CAE技术系列应用案例--大连重工CAE技术系列应用案例

   (十)混铁水车主钢结构的有限元分析计算和优化设计
   
    混铁水车是一种大型冶金设备。作为冶金企业铁水盛装转运的重要工具，随着冶金企业的高速发展，被越来越广泛地使用。它的主要用途就是将装于罐内的铁水倾到于指定的其他设备中，因此在铁水倾到过程中，耳轴起吊时整个罐体的强度和刚度就显得格外重要，如图1所示。
   
    1.力学模型
   
    由于桶壳钢结构部分主要是由相同厚度的钢板经弯压加工、焊接而成，因此在建模时，整个桶壳划分为薄板三角形单元或薄板四边形单元，而耳轴则是由铸件加工而成，因此将其划分为四面体块体单元。其网格模型图如图2和图3所示。
   

    2载符、工况和边界条件
   
    铁水车罐体在工作过程中，通常是研究罐体满载时耳轴起吊工况，因此铁水车罐体在工作过程中的载荷条件是相同的，即罐体满载，而所承受的载荷共分以下三个部分。
   
    (l)罐体钢结构自重在建模时只需给定桶壳的材料特性及重力因素(Y轴方向其值为9806.65)，则壳体钢结构自重在分析计算时，可由程序根据所构建的模型白动计入。
   
    (2)钢水重量根据载荷情况，本例当中只分析满载时的钢水重量。由于钢水为液态，因此自钢水液面以下的罐壁和罐底都承受液压力，其特点是压力值随桶的深度增大而增大，单位面积上的压力函数为ph。利用该压力函数，根据液面至罐体内壳所包容的体积以及铁水的急重量即可算出p，由此可列出该压力函数的计算表达式。
   
    (3)衬砖重量衬砖重量全部以函数形式作用于罐体的下半部分，其情形同钢水液压力相仿，因此也可以利用上面讲到的原理计算出压力函数公式。
   
    在此工况和载荷条件下，边界条件是:约束耳轴的线位移，放松角位移。如图4所示。
   

    3.计算结果
   
    相关罐体的计算结果如图5-图7所示。需要说明的是，其中应力单位为kg/mm2,变形单位为mm .
   
    ☆ 260t罐体计算结果最大位移为6.12mm,罐17处变形较大。最大合成应力为16.6kgf/mm2,如图5所示。
    ☆ 230t罐体一汁算结果最大位移为3.90mm,口处变形较大。最大合成应力为6.67ksflmm2,如图6和图3所示。