·114. 工程科学学报，第38卷，第1期 100 向热应变小于0，表现为压缩变形：肋热面及耐火材料 一热面 80 热面沿x向热应变大于0，表现为拉伸变形.肋角部x 60 向热应变小于0是由于肋角部热膨胀变形过程中受到 40 bMMwwwwM 相邻耐火材料的挤压作用所致，肋及耐火材料热面弯 20 曲成弧形，促使肋角部以外位置变为拉伸变形.从y 120 铜钢界面 向热应变分布可知，热面纵向中心线上各点沿y向热 、110 100 应变介于14.90×10-4~18.65×10-4之间，大于0，表 90 80 现为拉伸变形，顶底端肋上热应变普遍大于中间位置 68 顶底端位置温度高于中间区域，与定位销及螺栓距离 0 200400600800100012001400 较远，受到其约束作用较弱，由约束导致的应变值较 高度/mm 小，而中间位置受到定位销及螺栓的约束作用较强，由 图7铜钢复合冷却壁等效应力分布 约束产生的应变值大，约束限制铜钢复合冷却壁变形， Fig.7 Equivalent stress (von Mises)distribution of the copper- 由约束引起的应变小于0，因而顶底端y向热应变大 steel composite stave 于中间.从z向热应变分布可知，热面纵向中心线上z 部切应力正负交替分布，且数值相近.对于单个肋而 向热应变介于19.63×104~50.65×104之间，大于 言，切应力由肋角部至中心逐渐减小，肋中心附近切应 0,沿z向为拉伸变形，耐火材料热面沿z向热应变大 力接近于零.根据切应力方向的判断规则可知，热面 于肋热面，耐火材料热面沿z向热应变接近相等，顶底 纵向中心线上所有点的切应力方向沿z负向，说明肋 端肋上沿z向热应变大于中间肋.铜钢复合冷却壁热 由角部至中心沿：负向发生位移，肋中心不产生位移， 面沿z向不受约束作用，可以近似认为其沿z向由约 则肋将弯曲成弧形.耐火材料两端角部切应力绝对值 束引起的应变为0，即沿z向热应变仅为由温度变化引 接近相等，符号相反，其变形后形状与肋相近，弯曲成 起的应变.根据温度分布可知，热面温度升高，由温度 弧形.因而，铜钢复合冷却壁热变形后肋和耐火材料 引起的应变大于0，则热应变大于0.耐火材料热面温 热面弯曲成弧形 度远高于肋热面温度，顶底端肋温度高于中间肋温度 因而，耐火材料热面热应变大于肋热面，顶底端肋热面 6.0 热应变大于中间肋 4.5 30 3.0 20 10 0 -10 20 30 -4.5 60 50 -7.5 0 200400600800100012001400 40 x/mm -01/3 30 20 图8铜钢复合冷却壁热面纵向中心线AB上切应力分布 0 200400600800100012001400 Fig.8 Shear stress distribution of hot surface centerline AB for the 高度/mm copper-steel composite stave 图9铜钢复合冷却壁热面纵向中心线AB热应变分布 图9为铜钢复合冷却壁热面纵向中心线上热应变 Fig.9 Thermal strain distribution of hot surface centerline AB for the 分布.热应变包括两部分：由温度变化引起的应变和 copper-steel composite stave 由约束引起的应变.温度升高时，温度变化引起的应 图10为铜钢复合冷却壁热面纵向中心线上位移 变大于0，温度降低时应变小于0.若约束限制物体的 及中心纵截面变形图.从图中可以看出，热面纵向中 自由热变形，由约束引起的应变小于0：若约束促使物 心线上沿x向位移由-0.80mm逐渐增加至0.80mm, 体进一步变形，由约束引起的应变大于0.图中给出热 中间位置位移为0mm,即由底端至中心沿x负向产生 面纵向中心线上各点沿x、y和z向热应变分布.从图 位移，由中心至顶端沿x正向产生位移，说明铜钢复合 中可以看出，热面纵向中心线上的各点沿x向热应变 冷却壁热面沿x向发生拉伸变形.热面纵向中心沿y 介于-8.96×104~28.07×104之间.其中肋角部x 向位移为0mm,由于其为热面对称中心线，铜钢复合工程科学学报，第 38 卷，第 1 期 图 7 铜钢复合冷却壁等效应力分布 Fig． 7 Equivalent stress ( von Mises) distribution of the copper-- steel composite stave 部切应力正负交替分布，且数值相近． 对于单个肋而 言，切应力由肋角部至中心逐渐减小，肋中心附近切应 力接近于零． 根据切应力方向的判断规则可知，热面 纵向中心线上所有点的切应力方向沿 z 负向，说明肋 由角部至中心沿 z 负向发生位移，肋中心不产生位移， 则肋将弯曲成弧形． 耐火材料两端角部切应力绝对值 接近相等，符号相反，其变形后形状与肋相近，弯曲成 弧形． 因而，铜钢复合冷却壁热变形后肋和耐火材料 热面弯曲成弧形． 图 8 铜钢复合冷却壁热面纵向中心线 AB 上切应力分布 Fig． 8 Shear stress distribution of hot surface centerline AB for the copper--steel composite stave 图 9 为铜钢复合冷却壁热面纵向中心线上热应变 分布． 热应变包括两部分: 由温度变化引起的应变和 由约束引起的应变． 温度升高时，温度变化引起的应 变大于 0，温度降低时应变小于 0． 若约束限制物体的 自由热变形，由约束引起的应变小于 0; 若约束促使物 体进一步变形，由约束引起的应变大于 0． 图中给出热 面纵向中心线上各点沿 x、y 和 z 向热应变分布． 从图 中可以看出，热面纵向中心线上的各点沿 x 向热应变 介于 － 8. 96 × 10 － 4 ～ 28. 07 × 10 － 4之间． 其中肋角部 x 向热应变小于 0，表现为压缩变形; 肋热面及耐火材料 热面沿 x 向热应变大于 0，表现为拉伸变形． 肋角部 x 向热应变小于 0 是由于肋角部热膨胀变形过程中受到 相邻耐火材料的挤压作用所致，肋及耐火材料热面弯 曲成弧形，促使肋角部以外位置变为拉伸变形． 从 y 向热应变分布可知，热面纵向中心线上各点沿 y 向热 应变介于 14. 90 × 10 － 4 ～ 18. 65 × 10 － 4之间，大于 0，表 现为拉伸变形，顶底端肋上热应变普遍大于中间位置． 顶底端位置温度高于中间区域，与定位销及螺栓距离 较远，受到其约束作用较弱，由约束导致的应变值较 小，而中间位置受到定位销及螺栓的约束作用较强，由 约束产生的应变值大，约束限制铜钢复合冷却壁变形， 由约束引起的应变小于 0，因而顶底端 y 向热应变大 于中间． 从 z 向热应变分布可知，热面纵向中心线上 z 向热应变介于 19. 63 × 10 － 4 ～ 50. 65 × 10 － 4之间，大于 0，沿 z 向为拉伸变形，耐火材料热面沿 z 向热应变大 于肋热面，耐火材料热面沿 z 向热应变接近相等，顶底 端肋上沿 z 向热应变大于中间肋． 铜钢复合冷却壁热 面沿 z 向不受约束作用，可以近似认为其沿 z 向由约 束引起的应变为 0，即沿 z 向热应变仅为由温度变化引 起的应变． 根据温度分布可知，热面温度升高，由温度 引起的应变大于 0，则热应变大于 0． 耐火材料热面温 度远高于肋热面温度，顶底端肋温度高于中间肋温度． 因而，耐火材料热面热应变大于肋热面，顶底端肋热面 热应变大于中间肋． 图 9 铜钢复合冷却壁热面纵向中心线 AB 热应变分布 Fig． 9 Thermal strain distribution of hot surface centerline AB for the copper--steel composite stave 图 10 为铜钢复合冷却壁热面纵向中心线上位移 及中心纵截面变形图． 从图中可以看出，热面纵向中 心线上沿 x 向位移由 － 0. 80 mm 逐渐增加至 0. 80 mm， 中间位置位移为 0 mm，即由底端至中心沿 x 负向产生 位移，由中心至顶端沿 x 正向产生位移，说明铜钢复合 冷却壁热面沿 x 向发生拉伸变形． 热面纵向中心沿 y 向位移为 0 mm，由于其为热面对称中心线，铜钢复合 · 411 ·