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上海寶鋼熱軋廠2050熱軋線上E2R2機架中的E2軋機為立輥軋機，機架為空間結(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，這將嚴重威脅機架的強度。對于通常的機構(gòu)進行強度有限元分析是比較方便的，但是本軋機的精確軋制力預先無法獲得，且又由于機架結(jié)構(gòu)的特殊性，無法在機架上預置壓力傳感器，因此給分析帶來一定難度。為此本文應用光測、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機架模型見圖，模型按圖示工藝曲線凍結(jié)，應力條紋值。機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)應力為單向應力，其分布情況見圖示。根據(jù)光彈性應力分析，為獲取最佳讀數(shù)應變信號，電測貼片位置選在機架的01，02兩點上(可用作結(jié)果對比)，見圖示。經(jīng)過標定，在光線示波器上記錄的每光高表示應變信號，對十三根不同材質(zhì)和規(guī)格的鋼坯進行了試驗軋制，每根鋼坯軋制過程中的最大光高信號記錄在表中。應用所得的最大實載荷也列在表中。根據(jù)光彈性的全場應力分析結(jié)果，在有限元的離散化處理時進行了網(wǎng)格的疏密分布，劃分的總單元數(shù)2150個，總節(jié)點數(shù)3459個(已考慮了結(jié)構(gòu)的對稱性)，單元采用8節(jié)點等參數(shù)塊單元，計算應用了ADINA程序。整個網(wǎng)絡的劃分見圖。為了使得有限元計算與光彈性分析進行可靠性比較，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)仔細測量，將缺陷模擬到有限元網(wǎng)絡上，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力列在表中。從中可見，A梁的缺陷對機架的強度削弱是最大的。
光彈性力學分析和有限元計算是建立在兩個完全不同概念上的力學分析方法，因此，用兩種方法分析同一個結(jié)構(gòu)物的應力，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作用下進行了兩種方法的應力分析計算，其結(jié)果十分吻合，說明所采用的這兩種力學方法，其建模過程和力學思考是正確的，從而對應力分析數(shù)據(jù)作進一步力學推論也是可靠準確的。由01, 02兩點貼片位置反映出來的讀數(shù)應變，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)應變，d轉(zhuǎn)換而得的P值均超出該軋機的額定載荷。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機架強度評價，第一種是在設計尺寸和額定載荷情況下；第二種據(jù)現(xiàn)場調(diào)研，E2機架的坑深速度幾乎為每年增加1cm，如果廠方不及時進行橫梁的加固修復，機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，應力幾乎增大一倍，該機架材質(zhì)為ZG25鋼，其6b = 45MPa，因此相對A梁，安全儲存系數(shù)為n=18.2，而設計值n=35，這表明機架的強度削弱非常嚴重。
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