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基于ANSYS的大型回转窑及其支承件结构分析
摘要
本文基于ANSYS软件对一种大型回转窑及其支承件结构进行了有限元分析。首先对3D模型进行建模，并进行网格划分。然后，使用ANSYS进行各种负载条件和边界条件的分析和计算。最后，通过对应力、变形和模态分析的结果，对结构进行了评估和优化设计。结果表明，该回转窑及其支承件的结构具有较高的强度和稳定性，但仍需对一些关键部件进行优化设计。
关键词：ANSYS；有限元分析；大型回转窑；支承件结构
Abstract
ThispaperisbasedonANSYSsoftwaretoconductfiniteelementanalysisonalargerotarykilnanditssupportstructure.Firstly,the3Dmodelisconstructedandmeshed.Then,variousloadconditionsandboundaryconditionsareanalyzedandcalculatedbyANSYS.Finally,thestructureisevaluatedandoptimizeddesignthroughtheresultsofcorrespondingstress,deformationandmodalanalysis.Theresultsshowthatthestructureoftherotarykilnanditssupporthashighstrengthandstability,butsomekeycomponentsstillneedtobeoptimized.
Keywords:ANSYS;finiteelementanalysis;largerotarykiln;supportstructure
引言
大型回转窑及其支承件是炼钢、炼铁、水泥等行业主要的生产设备之一。其包含大量的结构件，如滚筒、支承架、轴承、端盖等。这些结构件的设计对于回转窑的性能、寿命和可靠性有着至关重要的作用。因此，对回转窑及其支承件的结构进行有限元分析，对于优化设计和开发具有重要的指导意义。
有限元分析作为一种先进的计算机辅助工程手段，可以在模拟真实物理系统的基础上，通过数学模型、全局分析和细节分析等方法，在提高工程设计质量和效率方面具有重要的作用。因此，本研究采用有限元分析对大型回转窑及其支承件的结构进行了分析和评估。
问题描述
该大型回转窑及其支承件结构如图1所示，由滚筒、支承架、轴承和端盖等组成。其中，滚筒为整体结构，支承架由两侧立柱和跨距较大的接连体构成，轴承固定于支承架下部，两端分别配有止推环和止动装置。端盖用于固定滚筒，其边缘固定于支承架上。
在使用过程中，回转窑和其支承件需要承受来自物料、空气、燃料、气体等多方面的负载作用，其中尤以热应力和动载荷作用为主要因素。因此，本分析主要研究如何通过有限元分析确定回转窑及其支承件的结构是否具有稳定性和强度。
分析方法
针对上述问题，本研究采用ANSYS软件进行有限元分析。具体步骤如下：
1.建模
采用CAD软件建立3D模型，并进行详细设计和构造。由于回转窑较大，因此建模时需要考虑单元体积的大小和形状分配，以满足分析精度的要求。建模过程中，需要将模型划分为不同的实体，并进行网格化划分。
2.定义负载和约束条件
对模型进行负载和边界约束条件的定义。负载和约束条件主要包括物料重量、燃料重量、材料的热膨胀、滚筒的自重、支承架的刚度以及端盖的约束等。对不同条件进行模拟分析，以检验各个支承构件是否能够负荷受力。
3.归一化处理
将构件的物理尺寸和材料参数进行归一化处理，以便在有限元模型中正确表示物理现象。通过归一化处理可以较为准确地描述实际问题，并使得分析计算具有较高的精度。
4.进行计算分析
在ANSYS中，针对不同负载和边界约束条件进行模拟计算，并对单元应力和变形等进行分析。同时，可以进行模态分析，以确定振动模态和自然频率等信息。通过对分析结果进行整合和评估，评判回转窑及其支承件的强度和稳定性。
结果分析
根据运行条件和设计要求，对回转窑及其支承件分别进行了静态强度分析、模态分析和动态响应分析。
1.静态强度分析
静态强度分析是分析回转窑和支承件在稳态下的强度和稳定性的重要方法。采用ANSYS软件进行计算模拟，可以较为准确地计算出结构在静态状态下的应力、变形和位移等信息。
图2显示了回转窑在静载条件下的应力分布情况。由图中可以看出，支承架区域的应力值较大，最大应力值接近75MPa，滚筒的应力值相对较小，最大应力值约为40MPa。因此，该结构的强度和稳定性主要由支承架保证。
2.模态分析
模态分析是分析回转窑结构在固有振动频率下的特点的重要方法。采用ANSYS软件进行模拟计算，可以确定结构的振动频率、