一种炉料颗粒在高炉旋转溜槽内部运动的仿真方法技术

本发明专利技术公开了一种炉料颗粒在高炉旋转溜槽内部运动的仿真方法，包括以下步骤：步骤一，确定仿真所用到的参数；步骤二，使用ANSYS获取旋转溜槽中刚体的质量和转动惯量张量；步骤三，使用ANSYS进行前处理，生成k文件；步骤四，对步骤三所生成的k文件进行计算，计算后生成计算结果；步骤五，将k文件的计算结果提交给图形界面软件，用于观察计算结果。该仿真方法可以获得炉料颗粒在旋转溜槽内任意时刻的运动状态，且结果更加直观和具体，将为炉料颗粒在溜槽内的运动规律、高炉内部炉料颗粒的布料规律、溜槽衬板受到炉料颗粒撞击时衬板的磨损状况等课题的研究提供一定的指导作用。

【技术实现步骤摘要】
一种炉料颗粒在高炉旋转溜槽内部运动的仿真方法
本专利技术涉及高炉旋转溜槽内部炉料颗粒运动的仿真
，特别涉及一种基于ANSYS/LS-DYNA的炉料颗粒在高炉旋转溜槽内部运动的联合仿真方法。
技术介绍
无料钟炉顶技术是现代钢铁工业中最广泛采用的一种高炉冶铁技术。旋转溜槽属于无料钟高炉的炉料布料设备的一项重要装置，它安装于高炉的炉喉部位，用于炉料的填充与布料。装料时，大量的炉料颗粒(包括焦炭、铁矿石等)从位于高炉顶部的料罐中倾泻而下，经重力作用掉落到溜槽内部后，经过旋转溜槽的导向作用而流入到高炉内部。旋转溜槽具有旋转和倾动两种基本的运动形式，旋转运动的轴线是高炉的中心线，倾动运动可以改变溜槽的倾斜角度。装料过程中，溜槽的旋转运动可以使炉料在高炉内部的周向分布变得均匀，而倾动运动可以调节炉料沿高炉截面径向方向的位置，有利于调节炉料在高炉内部的径向分布状况。旋转和倾动的协作动作，可以实现环形布料、螺旋布料等多种布料方式。炉料在旋转溜槽内部的动力学研究属于高炉炉料运动的一项重要的研究课题。它对于揭示炉料的运动规律，揭示炉料在高炉内部的分布状况，以及溜槽内壁衬板受到炉料撞击时的磨损状况等均具有重要的指导意义。目前，关于炉料颗粒在溜槽内的运动分析已经有了相关的数学理论模型。但是，这些数学理论模型做了不少的简化处理，例如只考虑单个炉料颗粒，或者忽略了溜槽的截面形状等，与实际的工作情况还有一定的差别，不足以揭示炉料颗粒在溜槽内部完整的运动状态。因此，有必要借助于数值仿真的方法来解决上述问题。目前，关于炉料颗粒在旋转溜槽内运动的数值仿真方法还尚未见有报道。本专利技术将建立一种基于有限元(FiniteElementMethod,FEM)仿真模型的方法来对炉料颗粒在溜槽内的运动状况进行分析。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种炉料颗粒在高炉旋转溜槽内部运动的仿真方法，以解决上述问题。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种炉料颗粒在高炉旋转溜槽内部运动的仿真方法，包括以下步骤：步骤一，确定仿真所用到的参数；步骤二，使用ANSYS获取旋转溜槽中刚体的质量和转动惯量张量；步骤三，使用ANSYS进行前处理，生成k文件；步骤四，对步骤三所生成的k文件进行计算，计算后生成计算结果；步骤五，将k文件的计算结果提交给图形界面软件，用于观察计算结果。进一步的，所述步骤一中需要确定的参数包括旋转溜槽衬板的形状与尺寸、炉料颗粒的粒径、旋转溜槽衬板的材料参数、炉料颗粒的材料参数、炉料颗粒与旋转溜槽衬板之间的静摩擦系数与动摩擦系数、炉料颗粒相互之间的静摩擦系数与动摩擦系数。进一步的，所述步骤二具体包括如下步骤：步骤(1)，指定单元类型；步骤(2)，定义旋转溜槽底板的材料；步骤(3)，建立旋转溜槽底板的几何模型；步骤(4)，为旋转溜槽底板的几何模型添加材料，并划分旋转溜槽底板的网格；步骤(5)，计算并显示旋转溜槽底板的质量和转动惯量张量。进一步的，所述步骤二具体操作步骤如下：步骤(1)，指定单元类型：采用solid164作为旋转溜槽底板的单元类型，使用ET语句进行设置；步骤(2)，定义旋转溜槽底板的材料：定义一种材料，并指定该材料类型为刚体；将旋转溜槽底板的密度、弹性模量、泊松比作为材料的参数输入；步骤(3)，建立旋转溜槽底板的几何模型：根据旋转溜槽底板的尺寸建立旋转溜槽底板的几何模型，选择Z轴作为旋转溜槽的旋转轴，根据倾动角的要求设置旋转溜槽的轴向方向与Z轴之间的夹角；步骤(4)，为旋转溜槽底板的几何模型添加材料并划分旋转溜槽底板的网格：合适地指定旋转溜槽底板的网格大小，将步骤(1)所建立的单元类型指定为旋转溜槽底板的单元类型，将步骤(2)所建立的材料类型作为旋转溜槽底板的材料类型，划分出旋转溜槽底板的网格；步骤(5)，计算并显示旋转溜槽底板的质量和转动惯量张量：采用VSUM语句显示旋转溜槽底板的质量和转动惯量张量，并做好相关数据的记录。进一步的，所述步骤三具体包括如下步骤：步骤a，指定单元类型；步骤b，定义材料参数；步骤c，建立几何模型；步骤d，划分网格；步骤e，复制出大量的炉料颗粒；步骤f，生成部件；步骤g，定义接触类型；步骤h，定义边界条件；步骤i，设置仿真时长和仿真时间步长；步骤j，指定k文件的文件名称，生成k文件。进一步的，所述步骤三的具体操作步骤如下：步骤a，指定单元类型：采用solid164作为仿真的单元类型，使用ET语句进行设置；步骤b，定义材料参数：指定三种材料，三种材料分别为炉料颗粒的材料、旋转溜槽衬板的材料、旋转溜槽底板的材料，其中，旋转溜槽底板的材料设置要与步骤二中计算旋转溜槽底板的质量和转动惯量张量时的材料设置一致；步骤c，建立几何模型：根据旋转溜槽的几何尺寸和旋转溜槽的倾斜角度建立旋转溜槽的几何模型，旋转溜槽的几何模型组件分为旋转溜槽衬板和旋转溜槽底板；在原点处建立第一颗炉料颗粒的几何模型；步骤d，划分网格：分别为第一颗炉料颗粒、旋转溜槽衬板和旋转溜槽底板指定单元类型、材料类型以及所要划分网格的线段长度或者网格的尺寸大小后划分网格；步骤e，复制炉料颗粒：在旋转溜槽衬板上方距离卸料口的某一位置处，确定要生成的大量炉料颗粒所处的位置；使用第三方计算机语言所具有的随机数功能来指定生成炉料颗粒所处的位置点，所生成的每个炉料位置点之间的距离大于炉料的粒径，使得所生成的炉料颗粒不至于发生几何上的重叠，以与实际工况更加相符；在每一个炉料位置点上复制所建立的第一颗炉料颗粒，复制时要将第一颗炉料颗粒的几何模型、网格、单元、节点都进行复制；对复制后的每一个炉料颗粒的实常数编号进行修改，使得所有的炉料颗粒具有不同的实常数编号；复制完所有的炉料颗粒以后要将第一颗炉料颗粒的几何模型、单元、网格和节点删除；步骤f，生成部件：生成的部件包括旋转溜槽衬板、旋转溜槽底板以及不同的炉料颗粒；步骤g，定义接触类型：设置炉料颗粒之间的接触类型，并定义每两个炉料颗粒之间的摩擦系数，采用APDL语言中的循环语句功能，调用嵌套循环来定义大量炉料颗粒相互之间的作用；步骤h，定义边界条件：对所有的炉料颗粒添加沿Z轴方向上的重力加速度；为旋转溜槽底板添加沿Z轴方向的转动，使得整个溜槽组件在溜槽底板的带动下绕Z轴旋转；定义转动中心，定义转动惯量张量，输入步骤二中所获取的转动惯量张量和质量的值，加载到旋转溜槽底板上；将旋转溜槽底板沿Z轴方向的位移设置为零；根据卸料口与炉料颗粒之间的距离，估算出炉料颗粒沿Z轴的初速度，并为炉料颗粒添加初速度；步骤i，设置仿真时长和仿真时间步长：分别使用TIME语句和EDRST语句设置仿真时长和仿真时间步长；步骤j，指定k文件的文件名称，生成k文件：使用EDWRITE语句输出本仿真模型的k文件。进一步的，所述步骤e中的第三方计算机语言为Python或Matlab等。进一步的，步骤四中通过步骤三中生成的k文件提交给ANSYS自带的求解器或者LS-DYNA求解器进行计算，计算后生成计算结果；进一步的，将步骤五中k文件的计算结果提交给LS-DYNA的图形界面软件LS-PrePost，用于观察计算结果。本专利技术的有益效果如下：本专利技术提出一种炉料颗粒在高炉旋转溜槽内部运动的仿真方法可用于旋转溜槽在进行环形布料时，炉料颗粒在旋转溜槽内部的运动仿本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种炉料颗粒在高炉旋转溜槽内部运动的仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，确定仿真所用到的参数；步骤二，使用ANSYS获取旋转溜槽中刚体的质量和转动惯量张量；步骤三，使用ANSYS进行前处理，生成k文件；步骤四，对步骤三所生成的k文件进行计算，计算后生成计算结果；步骤五，将k文件的计算结果提交给图形界面软件，用于观察计算结果。

【技术特征摘要】
1.一种炉料颗粒在高炉旋转溜槽内部运动的仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，确定仿真所用到的参数；步骤二，使用ANSYS获取旋转溜槽中刚体的质量和转动惯量张量；步骤三，使用ANSYS进行前处理，生成k文件；步骤四，对步骤三所生成的k文件进行计算，计算后生成计算结果；步骤五，将k文件的计算结果提交给图形界面软件，用于观察计算结果。2.根据权利要求1所述的一种炉料颗粒在高炉旋转溜槽内部运动的仿真方法，其特征在于，所述步骤一中需要确定的参数包括旋转溜槽衬板的形状与尺寸、炉料颗粒的粒径、旋转溜槽衬板的材料参数、旋转溜槽底板的材料参数、炉料颗粒的材料参数、炉料颗粒与旋转溜槽衬板之间的静摩擦系数与动摩擦系数、炉料颗粒相互之间的静摩擦系数与动摩擦系数。3.根据权利要求1或2所述的一种炉料颗粒在高炉旋转溜槽内部运动的仿真方法，其特征在于，所述旋转溜槽中的刚体为旋转溜槽底板，所述步骤二具体包括如下步骤：步骤（1），指定单元类型；步骤（2），定义旋转溜槽底板的材料；步骤（3），建立旋转溜槽底板的几何模型；步骤（4），为旋转溜槽底板的几何模型添加材料，并划分旋转溜槽底板的网格；步骤（5），计算并显示旋转溜槽底板的质量和转动惯量。4.根据权利要求3所述的一种炉料颗粒在高炉旋转溜槽内部运动的仿真方法，其特征在于，所述步骤二具体步骤如下：步骤（1），指定单元类型：采用solid164作为旋转溜槽底板的单元类型，使用ET语句进行设置；步骤（2），定义旋转溜槽底板的材料：定义一种材料，并指定该材料类型为刚体；将旋转溜槽底板的密度、弹性模量、泊松比作为材料的参数输入；步骤（3），建立旋转溜槽底板的几何模型：根据旋转溜槽底板的尺寸建立旋转溜槽底板的几何模型，选择Z轴作为旋转溜槽的旋转轴，根据倾动角的要求设置旋转溜槽的轴向方向与Z轴之间的夹角；步骤（4），为旋转溜槽底板的几何模型添加材料并划分旋转溜槽底板的网格：合适地指定溜槽底板的网格大小，将步骤（1）所建立的单元类型指定为溜槽底板的单元类型，将步骤（2）所建立的材料类型作为溜槽底板的材料类型，划分出溜槽底板的网格；步骤（5），计算并显示旋转溜槽底板的质量和转动惯量张量：采用VSUM语句显示旋转溜槽底板的质量和转动惯量张量，并做好相关数据的记录。5.根据权利要求1或2所述的一种炉料颗粒在高炉旋转溜槽内部运动的仿真方法，其特征在于，所述步骤三具体包括如下步骤：步骤a，指定单元类型；步骤b，定义材料参数；步骤c，建立几何模型；步骤d，划分网格；步骤e，复制出大量的炉料颗粒；步骤f，生成部件；步骤g，定义接触类型；步骤h，定义边界条件；步骤i，设置仿真时长和仿真时间步长；步骤j，指定k文件的文件名称，生成k文件。6.根据权利要求5所述的一种炉料颗粒在高炉旋转溜槽内部运动的仿真方法，其特征在于，所述步骤三的具体操作步骤如下：步骤a，指定单元类型：采用solid164作为仿真的单元类型...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖磊，王浩，赵耀，袁莉莉，许宝玉，汪成哲，郝晓茹，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南,41