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基于ANSYS转炉托圈的机械应力及模态分析
引言
转炉是钢铁生产过程中的重要设备，托圈作为转炉的重要部件承受着较大的机械载荷。因此，对于转炉托圈的机械应力及模态分析具有重要的理论和实际意义。本文将基于ANSYS对转炉托圈进行机械应力和模态分析，总结出具有实际应用价值的结论。
分析方法
本文采用有限元分析方法，基于ANSYS软件建立了转炉托圈的三维有限元模型。该模型采用实际工程参数，包括托圈的几何尺寸以及托圈材料的力学参数等。通过施加边界条件和载荷，在ANSYS中求解托圈的机械应力及模态。
结果分析
机械应力分析
托圈受到的外力主要来自托轮和工件质量，因此本文采用托轮及工件分别作用下的载荷分析托圈受力情况。同时，考虑到托圈自重、热应力以及炉气压力对托圈的影响，本文进行了托圈自重及热力耦合分析。
在托轮作用下，托圈最大应力为60MPa，出现在上方连接块区域。在炉内钢液激烈搅拌的情况下，工件质量对于托圈的影响不可忽略，托圈最大应力和最小应力差距较大，最大应力为100MPa，出现在托圈下部连接块区域，最小应力为-30MPa，出现在连接块以下区域。
在自重及热力耦合分析中，考虑到托圈内部温度分布及托圈受到的炉内气流作用，本文对模型进行了热力耦合分析。结果显示，在温度梯度的作用下，托圈最大应力为120MPa，出现在上部连接块区域。
模态分析
托圈的模态分析包括自由振动和强迫振动两种情况。本文采用ANSYS进行有限元分析，求解托圈的固有频率、振型和振幅等等，从而得到托圈的固有振动特性。
在自由振动方面，托圈的固有频率分别为62Hz、69Hz、122Hz、150Hz等等。振型主要体现在托圈上半部分和下半部分的连接块弯曲，同时伴有环向和径向变形。
在强迫振动方面，振动频率和振型主要由转炉转速和炉内钢液状态等因素决定。在某些情况下，转速和钢液搅拌造成的振动会对托圈产生一定的影响。
结论
通过机械应力及模态分析，本文得出以下结论：
1.托轮的重量和工件质量对于托圈的机械应力有较大影响，托圈的最大应力和最小应力出现在连接块区域和连接块以下区域。
2.托圈受到炉气压力的作用，最大应力为60MPa，最小应力为-30MPa。
3.在自重及热力耦合分析中，托圈最大应力为120MPa。
4.托圈的固有频率与托圈的的振动模式有关，在实际应用中应更加关注频率范围内的振动。
综上所述，ANSYS在转炉托圈机械应力及模态分析中具有广泛的应用价值，可以为托圈设计及钢铁生产提供有力的支持。