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上海寶鋼熱軋廠2050熱軋線上E2R2機(jī)架中的E2軋機(jī)為立輥軋機(jī)，機(jī)架為空間結(jié)構(gòu)，由牌坊和四根橫梁構(gòu)成。在十多年連續(xù)不斷的生產(chǎn)過程中，其中三根梁上有六個地方被高壓水沖出了坑洼，最大尺寸見表所列，位置見圖所示，這將嚴(yán)重威脅機(jī)架的強(qiáng)度。對于通常的機(jī)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度有限元分析是比較方便的，但是本軋機(jī)的精確軋制力預(yù)先無法獲得，且又由于機(jī)架結(jié)構(gòu)的特殊性，無法在機(jī)架上預(yù)置壓力傳感器，因此給分析帶來一定難度。為此本文應(yīng)用光測、電測及有限元三種方法的組合，成功地解決了這一難題。
用618#環(huán)氧樹脂材料加工E2機(jī)架模型見圖，模型按圖示工藝曲線凍結(jié)，應(yīng)力條紋值。機(jī)架上下層四根橫梁的等色線條紋見圖，由光彈性分析知，四橫梁基本處于拉彎組合變形中，內(nèi)外側(cè)應(yīng)力為單向應(yīng)力，其分布情況見圖示。根據(jù)光彈性應(yīng)力分析，為獲取最佳讀數(shù)應(yīng)變信號，電測貼片位置選在機(jī)架的01，02兩點(diǎn)上(可用作結(jié)果對比)，見圖示。經(jīng)過標(biāo)定，在光線示波器上記錄的每光高表示應(yīng)變信號，對十三根不同材質(zhì)和規(guī)格的鋼坯進(jìn)行了試驗(yàn)軋制，每根鋼坯軋制過程中的最大光高信號記錄在表中。應(yīng)用所得的最大實(shí)載荷也列在表中。根據(jù)光彈性的全場應(yīng)力分析結(jié)果，在有限元的離散化處理時進(jìn)行了網(wǎng)格的疏密分布，劃分的總單元數(shù)2150個，總節(jié)點(diǎn)數(shù)3459個(已考慮了結(jié)構(gòu)的對稱性)，單元采用8節(jié)點(diǎn)等參數(shù)塊單元，計算應(yīng)用了ADINA程序。整個網(wǎng)絡(luò)的劃分見圖。為了使得有限元計算與光彈性分析進(jìn)行可靠性比較，本文都以額定載荷為計算載荷。為節(jié)省篇幅，僅列出四根橫梁中間段區(qū)域上內(nèi)側(cè)應(yīng)力兩種方法計算的結(jié)果，橫梁上六個水沖坑的缺陷形狀用拓模的方法獲取，經(jīng)仔細(xì)測量，將缺陷模擬到有限元網(wǎng)絡(luò)上，為節(jié)省篇幅，圖僅展示了一個有缺陷梁段的有限元網(wǎng)格圖。經(jīng)計算，六個坑洼中最危險截面上的最大工作應(yīng)力列在表中。從中可見，A梁的缺陷對機(jī)架的強(qiáng)度削弱是最大的。
光彈性力學(xué)分析和有限元計算是建立在兩個完全不同概念上的力學(xué)分析方法，因此，用兩種方法分析同一個結(jié)構(gòu)物的應(yīng)力，可以互相映證分析數(shù)據(jù)的可靠性。本研究在對額定載荷P作用下進(jìn)行了兩種方法的應(yīng)力分析計算，其結(jié)果十分吻合，說明所采用的這兩種力學(xué)方法，其建模過程和力學(xué)思考是正確的，從而對應(yīng)力分析數(shù)據(jù)作進(jìn)一步力學(xué)推論也是可靠準(zhǔn)確的。由01, 02兩點(diǎn)貼片位置反映出來的讀數(shù)應(yīng)變，表明每根鋼都在第一道次發(fā)現(xiàn)有最大P值，據(jù)統(tǒng)計，除1, 2, 3. 4, 7號鋼種外，其余鋼種由最大讀數(shù)應(yīng)變，d轉(zhuǎn)換而得的P值均超出該軋機(jī)的額定載荷。第十三號鋼的過載量竟超過額定值的29.700，表羅列了三種狀況下的E2機(jī)架強(qiáng)度評價，第一種是在設(shè)計尺寸和額定載荷情況下；第二種據(jù)現(xiàn)場調(diào)研，E2機(jī)架的坑深速度幾乎為每年增加1cm，如果廠方不及時進(jìn)行橫梁的加固修復(fù)，機(jī)架的工作壽命將處在十分危險狀態(tài)下，這是十分值得廠方關(guān)注的。是在有缺陷和額定載荷情況下；第三種是在過載和有缺陷情況下。三種情況比較，就A梁而言，第三種情況與第一種情況比較，應(yīng)力幾乎增大一倍，該機(jī)架材質(zhì)為ZG25鋼，其6b = 45MPa，因此相對A梁，安全儲存系數(shù)為n=18.2，而設(shè)計值n=35，這表明機(jī)架的強(qiáng)度削弱非常嚴(yán)重。
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