小圆角过渡耳板式冶金起重机板钩梁热机耦合强度分析(2)
冶金起重机作为工程设备的一种，具有工程设备最基本的特点：一般由多种不同的零件通过一定的形式组装而成。这就意着，设备内部的零件与零件相互之间必然存在着接触问题[3]。因为接触部分通常都是零件容易遭到破坏的部分，而绝大多数具有工程实际意义的接触问题往往无法得到正确的解析解。在实际的生产应用中，通常采用三文接触问题有限元法，是因为利用三文接触有限元法求得的解析解同数值解的吻合度相对比较高，对工业生产实际具有非常重要的指导性意义。
板钩梁是冶金起重机非常重要的结构构件，板钩梁的破坏通常发生在下翼板与耳板的焊接部位。对于焊接部位的常见疲劳开裂，在国内已经有了比较系统和深刻的分析，要满足焊接部位的疲劳强度要求，在设计板钩梁连接构造时，耳板的结构形式至关重要。为了进一步了解焊接部位的其他力学性质，比如热-机械耦合强度，需要借助专业的工程软件来实现。
为了探究冶金起重机的板钩梁在额定载荷条件下工作时可能出现的情况，选择梅钢炼钢厂的420吨行车板钩梁为分析原型，对其施加额定载荷，即420吨应力，进行整体以及部分的机械应力分析以及热机耦合强度分析，并判断小圆角过渡耳板式冶金起重机板钩梁的各个关键零部件，如耳板、吊叉等在420吨应力条件下是否会超过各自的许用应力。
1．1 研究内容
针对课题所提出的几项具体要求，对机械应力、有限元法、温度场和温度应力、热-机械耦合的相关内容做细致的了解。
1.1.1 机械应力
由于梅钢炼钢厂的420吨行车板钩梁的耳板过渡区的圆角尺寸相对整体结构而言很小，应力相对而言比较集中，故需要重点研究小圆角的应力情况。
机械应力是物体由于外部因素（如受力、温度的变化等）而发生变形时，物体内部各个部分之间产生的相互作用的内力。机械应力是用来阻止或降低外部因素的作用并且力图使物体从变形后的形态回复到变形前的形态的[4]。
由机械制造的原理了解到，构件在相互连接部位的最大应力值和应力集中现象会跟着过渡圆角半径的减小而增大，应力分布愈发趋于集中，从而会大幅度降低构件的疲劳安全系数，因此应当尽量避免局部结构的变化过大，达到力场平缓转向的效果[5]。
带有过渡圆角的构件在进行静力分析时，可以将圆角过渡处看做平面曲杆。平面曲杆在承受弯曲变形时，具有截面形心和中性层不重合的特点。
衡量应力分布情况的参数可用应力集中系数表示。应力集中系数是指存在应力集中现象的面上的最大应力和同一面上的平均应力的比。在圆角过渡区域，应力集中系数具有以下几个已知结论：
a) 计算构件圆角过渡区域的应力集中系数，可以利用材料力学方法，不仅可行而且方便；
b) 理论应力集中系数的大小仅仅和构件在圆角过渡区域的相对圆角的半径大小相关，而实际应力集中系数的大小不仅仅和相对圆角的半径大小有关，也和材料自身的属性直接相关；
c) 应力集中系数的大小会伴随着过渡圆角区域的相对圆角半径的增大而减小；
d) 应力集中系数除了相对圆角半径和材料性质两个因素外，还和存在应力集中现象的受力构件的结构有很大的关系[6]。
1.1.2 有限元法
有限元法（Finite Element Method, FEM）最先起源于20世纪40年代时期，航空工程领域对飞机结构的矩阵分析，在历经了几十年的发展之后，是目前在工程领域范畴内经常使用的一种数值模拟方法，同时也是应用最为普遍以及实用性最强的方法。