大型回转窑支承部位应力与应变有限元分析

回转窑由筒体、轮带、托轮、挡轮、传动装置等组成。其重力全部作用在托轮上。回转窑经常因为支承结构设计缺陷导致系统生产事故。回转窑是水泥生产的核心设备,筒体长、跨距大,重载荷、大扭矩、多支点、是复杂的超静定运行系统。针对回转窑支承部位传统计算结果精确性差的问题,提出以水泥回转窑为研究对象,利用传统力学方法计算出支承点应力,再用ANSYS分析应力分布状况,依据筒体变形图和应力图,确定危险截面。依据应变云图,确定变形最大档位,调整跨距支承,保证筒体性能,以期为回转窑优化设计提供参考。     

大型回转窑筒体结构的力学行为分析

运用理论分析和有限元技术,研究复杂重载、多支承、变刚度和超静定的大型回转窑筒体结构力学行为。基于超静定连续梁模型和赫兹理论,计算筒体支撑与摩擦载荷以及轮带与托轮的接触压力和面积,为筒体有限元建模提供边界条件。综合考虑多个附件对筒体载荷与刚度的复杂影响。通过定义当量密度等效处理重力载荷。由于耐火砖层的松散堆砌特点,在含耐火砖筒体模型中,若将耐火砖作为整体赋以砖块刚度与实际不符,故将弹性模量赋以小值,以减弱其刚度影响。首次解析推导出耐火砖对筒体的压力分布公式,建立效率更高、不含耐火砖的函数加载筒体模型。两种模型相互验证地分析筒体的变形和应力状态,并与文献中同类回转窑的应力结果接近。结果表明,回转转矩和摩擦阻力对筒体变形及应力的影响很小;筒体应力最高和横截面圆度最差的薄弱部位均在中间档支承处,解释了掉碎砖现象和潜在安全问题的发生机理,且与该窑体的维护记录相符。文中分析方法和结果对回转窑筒体的安全评估、补强设计和窑线调整均有参考价值。     

基于轴线检测定量分析大型多支承回转窑支承力

回转窑是冶金、水泥、耐火材料生产中的关键设备，是一种重载、大扭矩、多支点、静不定运行系统。生产中为对它进行合理维护与检修，需要准确掌握它运行时支承载荷的分配。针对回转窑载荷分布和刚度变化的特点，建立静不定梁求解的通用模型和矩阵，分别求得回转窑垂直和水平方向上的支承合力，导出插轮支承力计算的线性公式，通过检测轴线偏差可方便，准确地分析托轮支承力，并给出分析和应用实例。     

核主泵导叶体在高温工况下的结构力学分析

为验证核主泵导叶体在高温工况下的结构完整性,通过水力模型试验测得叶片压力分布,从而优化叶片压力场。导叶叶片顶部到叶片根部压力趋势为线性梯度,沿圆周方向无压力梯度。提出了模型泵叶片与真机间的压力换算,以模型试验测得模型泵叶片压力,通过模型泵与真机泵之间的轴向力比值及转矩比值分别计算轴向力载荷有效系数及转矩载荷有效系数,进而计算获得轴向力与转矩载荷下叶片压力,导入ANSYS软件计算导叶体轴向力F_(sh)与转矩M_c在载荷下的最大应力及变形量。通过计算导叶体在设计寿命内经受的载荷周期循环,引入海夫Haigh图谱,通过材料极限疲劳试验评定导叶体在极限载荷工况下的疲劳极限值;优化了导叶体的加载工况,计算出轴向与转矩载荷下最大应力值的疲劳失效安全系数,从而确认疲劳安全性。     

微动接触应力的有限元分析

以方足微动桥,试样接触几何条件为研究对象,应用ANSYS有限元分析软件对其接触面上的应力分布进行弹性有限元分析,验证用ANSYS所建计算模型的正确性,分别计算不同名义接触压力和不同摩擦因数条件下接触状态（粘着区、滑动区、张开区）和接触面应力分布,选取不同水平的循环载荷进行计算,研究接触状态和应力分布随循环载荷的变化情况。结果表明,微动疲劳过程中接触表面拉应力与剪应力在接触面的粘,滑交界区存在突变,微动疲劳裂纹正是在这一区域内萌生并扩展,计算结果与实验结果吻合很好。     

实际工况下判定螺纹联接松动失效的FEM研究

针对螺纹联接结构在实际工况载荷下结合面相对滑动与螺栓（螺母）旋转松动失效预测精度较低的问题,通过研究结构参数、工况载荷与松动失效之间的内在关系和力学原理,建立松动失效判定准则;在此基础上建立实际螺纹联接结构的有限元模型,合理设置材料与接触属性,通过施加实际工况载荷进行有限元计算并提取被连接件结合面与螺纹面的摩擦应力与剪切应力,以此判定螺纹联接结构是否发生松动失效;最后,通过道路试验验证了所提方法的准确性与可靠性。     

热轧PC轧机支承辊接触区安定状态及疲劳裂纹萌生位置分析

接触区安定状态的分析是接触零件疲劳承载能力及失效形式判定的依据之一,在结合赫兹理论和静力安定理论对两平行圆柱接触时弹性应力和弹性安定分析的基础上,根据有限元软件Abaqus计算得到的某支承辊接触应力的轴向分布,对支承辊接触区的安定状态进行了分析,结果表明:正常操作状态下此类支承辊的接触应力小于弹性极限应力和弹性安定极限应力,支承辊处于弹性状态,在循环载荷的作用下支承辊不会发生表面塑性变形;支承辊的疲劳以表面下起源的高周疲劳为主。     

大型超静定回转窑支承系统等载荷调窑优化研究

通过对回转窑支承载荷分配进行分析，建立支承载荷求解的力学模型和线性方程组，导出支承载荷分配与支承偏差的关系式；以轴线调整量为优化变量，各档托轮的最大支承力最小为目标函数建立优化模型；结合现场实例进行支承系统等载荷优化调整研究，得出有益的结论。为回转窑的维护与调整提供理论依据，对现场生产有重要的指导意义。     

7500 t浮吊回转支承轮压仿真计算与实测验证

针对7500 t全回转浮吊在回转带载工况下滚子夹套式回转支承的多轮轮压分布问题,采用有限元仿真分析法计算并得到了轮压最大值及其分布规律.在主钩幅度为42 m、最大额定起升载荷4 000 t工况下,回转支承轮压达到最大值164.5 t.各种工况下,轮压随起升载荷的增大而线性增大.在前承轨梁下轮压分布呈"双驼峰"曲线,后承轨梁下轮压分布呈"M"型;轮压分布规律与回转支承上部结构的布置形式有直接关系.利用应变式间接测量法现场实测了回转工况下的轮压值,实测结果与仿真计算结果较吻合,验证了仿真计算方法和应变式间接测量法的可行性.文中所确定的轮压值及其分布规律可为浮吊结构设计和优化提供依据,所采用的有限元仿真计算与应变式间接测量相结合的研究方法与思路亦可为其他起重机械的多轮轮压分布问题所参考.     

过盈配合接触界面的研究

通过W-M函数建立具有分形特征的等效粗糙表面与刚性平面的接触模型,模拟压缩机叶轮与轴过盈配合下界面的接触。将接触模型导入到有限元软件Ansys中,分析接触模型接触面积、接触压力、滑移面积、粘着面积与变载荷的关系和表面路径上的应力与变形。结果表明,接触时只有个别较高的微凸体发生接触,微凸体肩部区域的应力较大,微凸体中心位置变形量最大,接触界面在一定的法向载荷下接触面积减小,粘着面积增大,配合件发生了宏观的变形。     

回转窑简体轴线测量方法与系统

回转窑轴线的测量对于合理调整工艺操作规程及托轮摆放位置，避免托轮轴瓦发烧，改善筒体的受力状况，保护筒体等，具有重要的实际意义。论述了大型回转窑运行轴线动态测量的原理和方法，包括轮带和托轮直径的在线测量、轮带与筒体间隙的测量、筒体运行轴线水平直线度和垂直直线度的动态测量。设计研制了一种新型大型回转窑运行轴线动态测量系统，该系统具有结构简单、安装使用方便、测量精度高等特点。实际测量应用表明：所述的方法及仪器具有较高的测量精度和可靠性。     

回转窑支承滚圈疲劳寿命与轴线关系及预测

在定量分析回转支承滚圈疲劳状态中引入载荷比概念,用有限元法分析不同载荷比和垂直载荷下滚圈的应力分布规律,推导滚圈最大等效应力和当量应力与载荷比的线性关系式。根据支承载荷与轴线偏差的线性关系式,得出滚圈疲劳损伤和寿命与轴线偏差的关系。结合现场实例介绍根据检测回转窑的运行轴线,预测滚圈疲劳寿命的方法,为回转窑的合理维护与调整提供理论依据。研究表明,合理地调整回转窑运行轴线能有效提高滚圈的疲劳寿命,并减少滚圈疲劳断裂事故的发生。     

大型回转窑支承滚圈的有限元动力特性分析

滚圈是回转窑最重要的支承部件,运转中弯曲应力造成的疲劳开裂是其主要失效形式。回转窑运行中由于自身因素及外界的冲击突变载荷导致运行轴线动态变化而给滚圈带来动应力,从而加速其疲劳破坏。文章分析了滚圈动载荷分布情况,采用有限元法对支承滚圈进行模态分析,得到支承滚圈的模态特性及其动态危险部位;进行突变阶跃载荷下的瞬态动力响应分析,得到位移应力响应规律,并分析动应力对部件疲劳强度的影响。所做结论是回转窑结构静力分析的补充和发展,为设备的动态健康维护和结构强度分析奠定了基础。     

回转窑液压挡轮的应力强度与疲劳断裂分析

运用有限元技术对一台大型沥青焦回转窑设备中发生断裂事故的液压挡轮部件进行强度失效分析及疲劳寿命估算.通过断口形貌分析和金相实验,得出失效机理为疲劳断裂的定性结论.利用Ansys软件建立挡轮的有限元模型,计算出应力和变形等一系列结果.在确定交变应力幅值及裂纹尖端应力强度因子的基础上,利用Paris公式预算含缺陷挡轮的疲劳寿命.在选材及造型设计上对挡轮提出改进方案,将韧性较差的铸钢材料替换为韧性较好的锻钢材料,并优化挡轮轮辐减重孔直径,提高挡轮的疲劳寿命,从而在强度及韧性上均达到最优.设计长期交变应力状态下的工件必须兼顾材料的强度、韧性及其造型优化,这一结论对各类动态承载机械零部件的设计均具有参考价值.     

汽车驱动桥主减速器圆锥滚子轴承滚子接触应力分析

对汽车驱动桥主减速器圆锥滚子轴承进行弹性流体动力润滑分析,根据润滑油的物理参数和滚子承受的载荷,求出了油膜压力和摩擦因数.然后利用有限元软件对受载荷最大的滚子进行了有限元分析,得出了滚子在外部载荷和惯性力作用下的接触应力分布,得出驱动桥主减速器工作时的惯性力对圆锥滚子轴承的影响是必须考虑的因素.     

Numerical modeling an elastohydrodynamic contact of shaped rollers with allowance for misalignment of their axes

A method of numerically solving an elastohydrodynamic (EHD) contact of shaped rollers with allowance for misalignment of their axes in a plane perpendicular to the rolling direction is advanced. The mode of EHD lubrication is typical of such friction assemblies as roller bearings and gearings, in which the contacting elastic bodies are separated by a lubricant film and deformed under the action of an external load. Results of numerical modeling demonstrate the significant effect of the misalignment angle on the distribution of pressure and thickness of the lubricant film in the EHD contact and can be used further to analyze friction in a contact area and the stress tensor in a subsurface layer. The mathematical model of the EHD contact is described through nonlinear integro-differential equations and inequalities. The computational algorithm is based on Newton’s method.     

Load Distribution in Flexibly Supported Three-Row Roller Slew Bearings

In general, slew bearings are less firmly supported by their mounting structures than small bearings. Hence, the load distribution around the bearing may be vastly different than that predicted by classic bearing formulas. The finite element method has been employed to determine load distribution in a three-row roller slew bearing mounted between two flexible, ring shaped supporting structures composed of beam elements. A special bar element modeling the system of two opposite rollers in contact with its raceways has been elaborated. The influence of the nonlinear force displacement characteristics of each of the rollers, as well as the influence of gaps between the rollers and its raceways have been taken into account. The nonlinear contact problem has been solved utilizing the Newton-Raphson method with continually updated stiffness matrix due to both element nonlinearity and contact status. The effect of a number of design parameters on the load distribution has been investigated.     

牙轮钻头空心圆柱滚子接触状况的有限元数值模拟

以牙轮钻头滚动轴承为研究对象,对常规直母线圆柱滚子与内圈滚道的接触状况进行三维有限元数值模拟。在验证模型正确性和算法可靠性的基础上,对不同载荷和空心度下直母线空心圆柱滚子的接触状况进行有限元分析。计算结果表明,合理空心度的滚子可以降低轴承的等效应力,从而提高轴承的疲劳寿命;合理空心度的选取往往与轴承系统的材料参数、几何结构尺寸参数以及所受的外载荷等因素有关,但采用合理的空心度仍然无法消除滚子轴向端部几何边界突变处的奇异性。研究结果发现,空心滚子的最大法向接触应力和最大等效应力相对于轴向初始接触对称中心线发生了一定程度的偏移;在相同空心度下,等效应力与载荷并非正比关系。此项研究为通用空心滚子轴承在牙轮钻头中的承载性能预测和结构优化设计以及今后的推广应用提供理论参考。     

轧机圆锥滚子轴承载荷的边界元法解析及实验研究

针对滚动轴承接触的特点,在轴承边界元法中采用赫兹接触理论对滚动体与轴承内、外圈的接触宽度进行修正。编制了三维有摩擦弹性接触的专用轴承边界元法计算程序,对轧机圆锥滚子轴承的载荷分布进行了数值模拟。采用轴承座直接测量法对轧机圆锥滚子轴承的径向和轴向载荷进行测试,并与数值模拟的结果进行了对比,实验测试结果与数值模拟的轴承载荷的分布规律基本一致,证明了边界元方法求解轴承载荷分布的正确性和有效性。     

基于ANSYS的四列圆柱滚子轴承接触应力和刚度分析

对四列圆柱滚子轴承的接触应力、变形以及径向刚度进行了研究.建立了四列圆柱滚子轴承的有限元三维模型,基于ANSYS和Hertz接触理论,阐述了建模过程中的关键步骤,结合短应力线轧机的应用实例,计算了轴承滚子、内圈的接触应力与变形分布,直观表达了交错排列滚子之间的应力分布情况,计算结果和Hertz理论值相比较,具有较好的一致性.通过计算不同载荷下的轴承变形（轴承内孔轴线的相对位移）,获得了轴承刚度随径向载荷变化的规律.