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考虑温度场的铸造起重机CAD/CAE方法研究

刘颖  
【摘要】:我国重型机械制造业一直处于极佳的发展时期,钢材作为制造金属设备和机械的主要材料,其材料力学性能影响着金属设备和机械的正常使用,而对于主要承担高温钢水吊运和冶炼的铸造起重机而言,其所处的环境条件多很恶劣,因此研究考虑温度对钢材材料力学性能的影响是必要的,但是因为其工作环境的原因,实验数据测量不易,该方面的研究也是难点重重。关于高低温下钢结构性能的研究主要广泛应用于建筑钢结构抗火性能研究,并未应用于起重机金属结构上,因此在该研究方面仍处于比较空缺的状态,故本文以铸造起重机为研究对象,对其构成材料Q235钢进行高温材料拉伸试验,结合铸造起重机的载荷及载荷组合表,通过ANSYS对铸造起重机应力场-温度场耦合分析,为其工程应用提供了重要的数据支撑。论述主要内容为:(1)通过Q235在不同温度下试件的单项拉伸试验,以获得Q235钢在不同温度下的应力应变关系、屈服强度、极限强度、弹性模量等力学性能指标。(2)以小样本实验数据为研究对象,采用支持向量机映射建模方法,借助MATLAB自带的优化工具箱,实现对输入与输出数据的训练,建立出相较于神经网络预测方法计算精度更高、用时更少的“映射模型”。并通过数值分析计算软件MATLAB进行拟合,得出不同温度下材料力学性能的本构方程。(3)考虑铸造起重机的工作特点、工作环境以及载荷作用性质、钢材性能,选取合适的载荷组合,通过计算许用应力设计方法的许用应力[?]、极限状态设计方法的极限应力lim?与计算应力?之间的关系,分析对比这2种设计理论及方法的适用性与实用性。(4)基于ANSYS有限元分析软件,建立铸造起重机的壳单元模型,对基于应力场的铸造起重机、基于应力场-温度场耦合的铸造起重机的结构分析研究,获得铸造起重机的危险截面危险点处的温度与变形和温度与变形的关系曲线,并得到铸造起重机不同温度下的变形系数和安全系数。


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