.950 北京科技大学学报 第29卷 值计算将低于工程屈服应变0.2% 表2在常温不同内衬力载荷作用下槽壳的受力情况 Table 2 Forced state of cell wall under different inner lining pressures 递增荷载 最大等效 最大等 最大位 比例/% 应力/MPa 效应变/% 移/mm 75 185 0.0885 3.977 100 224 0.1073 5.166 125 264 0.1366 6.367 150 265 0.1716 7.585 116640213×1000.426×10°0.639×100.852×10 175 265 0.2192 8.833 0.107×10㎡0.320×10㎡0.533×10°0.746×10㎡0.959×10 200 266 0.2930 10.135 图5摇篮架等效应力云图（单位：P) Fig-5 Equivalent stress contour of cradle racks (Unit:Pa) 3.2温度载荷分析 为了分析温度梯度分布对电解槽结构受力的影 响，这里不考虑内衬力载荷，仅考虑温度载荷，即改 变沿槽壳高度方向的温度梯度分布.表3为在不同 槽壳最高温度下得到的等效应力、等效应变及最大 位移值，可以看出，无内衬力作用时，如果槽壳温度 的最大值约为267℃时，槽壳内的最大等效应变约 为0.2%，接近材料的工程屈服应变 表3在无内衬力时不同温度梯度下槽壳的受力情况 Table 3 Forced state of cell wall under different temperature grads 温度/ 最大等效 最大等效 最大位 ℃ 应力/MPa 应变/% 移/mm 0.708×1010.110×1010.220×1030.330×1010.440×10-1 0.550×1040.165×1030.275×1030.385×1030.495×103 250 223 0.1560 7.327 图6摇篮架等效应变云图 275 234 0.2217 7.526 Fig-6 Equivalent strain contour of cradle rack 300 235 0.2954 7.694 况，槽壳最大应力值为239MPa,最大应变值为 325 235 0.3644 7.853 1.96%,出现局部区域屈服，将引起结构发生较大变 350 235 0.4320 7.966 形.因而，以槽壳近似弹性体为目标，即控制结构最 大等效应变值在0.2%以下，对电解槽结构的外部 3.3温度和压力共同作用下槽壳结构受力分析 载荷进行反算山. 综合表2和表3计算结果，长侧内衬力设计值 3.1压力荷载分析 取0.5MPa,短侧内衬力设计值取1.0MPa,然后逐 由于电解槽受载情况复杂，为找出对电解槽结 步调整温度梯度分布，以反算结构不发生屈服变形 构影响最大的因素（控制载荷），可以使用一种荷载 的荷载条件，作为安全载荷.表4给出了槽壳中温 单独对结构作用的方法来寻找规律，首先不考虑温 度梯度对槽壳受力的影响.可以看出，在恒定内衬 度梯度的变化，单独考虑力载荷的作用，保持槽体上 力作用下，槽壳最高温度为250℃时，槽壳局部将开 部结构支柱力、电解槽填料对槽底面的载荷和长、短 始出现屈服，随着温度梯度的增加，槽壳中最大等 侧内衬力载荷比为1：2不变，内衬力按原荷载25% 效应变会增加，塑性屈服区将扩大，最大应力均出 的比例逐级递增，以此考察结构中最大等效应力、等 现在长侧内衬力作用区域：最大应变出现在短侧板 效应变和位移与内衬力之间的关系，表2为数值计 内衬力作用区域，图7显示的是在槽壳最高温度为 算结果.可以看出，在常温下，如果内衬力载荷低于 245℃时的等效应变云图，最大应变值为0.019 给定载荷的65%时，即大面载荷小于0.80MPa,小 98%,在工程屈服应变0.2%以下，该载荷为最佳理 面载荷小于1.59MPa,槽壳中最大等效应变根据差 想值图5 摇篮架等效应力云图（单位：Pa） Fig．5 Equivalent stress contour of cradle racks （Unit： Pa） 图6 摇篮架等效应变云图 Fig．6 Equivalent strain contour of cradle rack 况．槽壳最大应力值为239MPa‚最大应变值为 1∙96％‚出现局部区域屈服‚将引起结构发生较大变 形．因而‚以槽壳近似弹性体为目标‚即控制结构最 大等效应变值在0∙2％以下‚对电解槽结构的外部 载荷进行反算［11］． 3∙1 压力荷载分析 由于电解槽受载情况复杂‚为找出对电解槽结 构影响最大的因素（控制载荷）‚可以使用一种荷载 单独对结构作用的方法来寻找规律．首先不考虑温 度梯度的变化‚单独考虑力载荷的作用‚保持槽体上 部结构支柱力、电解槽填料对槽底面的载荷和长、短 侧内衬力载荷比为1∶2不变‚内衬力按原荷载25％ 的比例逐级递增‚以此考察结构中最大等效应力、等 效应变和位移与内衬力之间的关系．表2为数值计 算结果．可以看出‚在常温下‚如果内衬力载荷低于 给定载荷的65％时‚即大面载荷小于0∙80MPa‚小 面载荷小于1∙59MPa‚槽壳中最大等效应变根据差 值计算将低于工程屈服应变0∙2％． 表2 在常温不同内衬力载荷作用下槽壳的受力情况 Table2 Forced state of cell wall under different inner lining pressures 递增荷载 比例／％ 最大等效 应力／MPa 最大等 效应变／％ 最大位 移／mm 75 185 0∙0885 3∙977 100 224 0∙1073 5∙166 125 264 0∙1366 6∙367 150 265 0∙1716 7∙585 175 265 0∙2192 8∙833 200 266 0∙2930 10∙135 3∙2 温度载荷分析 为了分析温度梯度分布对电解槽结构受力的影 响‚这里不考虑内衬力载荷‚仅考虑温度载荷‚即改 变沿槽壳高度方向的温度梯度分布．表3为在不同 槽壳最高温度下得到的等效应力、等效应变及最大 位移值．可以看出‚无内衬力作用时‚如果槽壳温度 的最大值约为267℃时‚槽壳内的最大等效应变约 为0∙2％‚接近材料的工程屈服应变． 表3 在无内衬力时不同温度梯度下槽壳的受力情况 Table3 Forced state of cell wall under different temperature grads 温度／ ℃ 最大等效 应力／MPa 最大等效 应变／％ 最大位 移／mm 250 223 0∙1560 7∙327 275 234 0∙2217 7∙526 300 235 0∙2954 7∙694 325 235 0∙3644 7∙853 350 235 0∙4320 7∙966 3∙3 温度和压力共同作用下槽壳结构受力分析 综合表2和表3计算结果‚长侧内衬力设计值 取0∙5MPa‚短侧内衬力设计值取1∙0MPa‚然后逐 步调整温度梯度分布‚以反算结构不发生屈服变形 的荷载条件‚作为安全载荷．表4给出了槽壳中温 度梯度对槽壳受力的影响．可以看出‚在恒定内衬 力作用下‚槽壳最高温度为250℃时‚槽壳局部将开 始出现屈服．随着温度梯度的增加‚槽壳中最大等 效应变会增加‚塑性屈服区将扩大．最大应力均出 现在长侧内衬力作用区域；最大应变出现在短侧板 内衬力作用区域．图7显示的是在槽壳最高温度为 245℃ 时的等效应变云图‚最大应变值为 0∙019 98％‚在工程屈服应变0∙2％以下‚该载荷为最佳理 想值． ·950· 北 京 科 技 大 学 学 报 第29卷