高低轨道连接跨吊车梁的变形和应力分析

摘要

吊车梁是炼钢厂的重要厂房结构件，吊车梁能否正常工作直接影响着钢铁的安全生产。大型炼钢的吊车梁，属于冶金特重级，特重级工作制吊车梁的安全性受到格外的观注。某炼钢厂由于精炼跨和接受跨的特殊设计，采用两跨共用一列吊车梁的形式。吊车梁采用高低跨梁，高跨梁运行精炼跨行车，低跨梁运行接受跨行车。其结构形式新颖，节省厂房空间，在国内大型炼钢厂中，属于首创。但是，由于两侧同时运行两架行车，高低跨梁承受了特殊的弯扭压复合载荷。现场使用出现了整体晃动、辅助行架开裂，制动板角裂等系列问题。因此，亟待进行吊车梁强度和变形分析，为进一步改进和加固提供技术方案依据。 本文针对炼钢厂吊车梁结构系统，根据炼钢厂主厂房主体结构图纸，采用Proe软件，建立了三维结构模型，按照与接受跨和精炼跨吊车的工作方式，分成了6种工况。在hypermesh软件中对6种工况分别进行网格离散和加载，建立有限元模型。将有限元模型导入到ANSYS软件中，分别计算了6种工况下的结构变形和应力分析。结果表明，吊车梁挠度严重超标，产生了较大的变形，制动板的角点应力及柱系整体应力都较高，在辅助行架与立柱连接附近，出现局部高应力集中。计算结果与吊车梁辅助桁架开裂点相符，计算变形结果与实测结构吻合。分析表明，应及时对该炼钢厂吊车梁结构进行加固和修复，否则将会产生严重后果。本文研究表明，有限元分析可以得到精确可靠的吊车梁整体强度和变形的数据结果，为进一步改进和优化设计制造提供了可靠的技术依据。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1研究背景及选题意义

1．1．1研究背景

1．1．2选题意义

1．2国内外研究和发展状况

1．2．1国外研究现状

1．2．2国内研究现状

1．2．3近期的安全事故

1．3研究内容及方法

1．3．1研究内容

1．3．2研究方法

2相关理论

2．1吊车梁的弯曲变形

2．1．1弯曲内力

2．1．2弯曲挠度

2．2应力与应变

2．2．1应力和弯曲应力

2．2．2变形和应变

2．3惯性矩和极惯性矩

2．3．1惯性矩

2．3．2极惯性矩

2．3．3两种常见截面的惯性矩

2．3．4惯性矩的增减和平移

2．4有限元法概述

2．4．1有限元法分析过程概述

2．4．2平面问题及其基本方程

2．4．3位移模式及形函数

2．4．4单元的应变、应力及刚度矩阵

2．4．5节点平衡方程

2．4．6整体刚度矩阵

2．4．7位移边界条件

2．5本章小结

3炼钢厂主厂房主体结构三维有限元模型

3．1吊车梁系统钢结构建模

3．2模型离散

3．2．1 E列典型单幅有限元模型

3．2．2 G列典型单幅有限元模型

3．2．3F列典型单幅有限元模型

3．2．4 F列典型双幅有限元模型

3．3加载工况

3．4载荷值

3．5约束

3．6本章小结

4炼钢厂主厂房主体结构有限元分析

4．1变形计算与分析

4．1．1工况1

4．1．2工况2

4．1．3工况3

4．1．4工况4

4．1．5工况5

4．1．6工况6

4．2应力计算与分析

4．2．1工况1

4．2．2工况2

4．2．3工况3

4．2．4工况4

4．2．5工况5

4．2．6工况6

4．3吊车梁挠度曲线图

4．3．2工况2

4．3．3工况3

4．3．4工况4

4．3．5工况5

4．4本章小结

5计算变形与实测变形对比

5．1测点

5．2测试工况

5．3结果对比

5．4本章小结

6计算结果列表分析

6．1吊车梁竖向挠度计算结果列表

6．2柱顶横向水平挠度计算结果列表

6．3柱顶纵向水平挠度计算结果列表

6．4应力计算结果列表

7全文总结

7．1主要工作总结

7．2展望

致谢

参考文献