大型组合型钢矫直研究与有限元仿真

论文摘要

SL1型电力机车边梁是由压形梁和外侧板焊接形成的组合型型钢,是新型电力机车车箱的主要承重边梁。机车边梁（组合型钢）的精度对机车整体结构、机车各零部件的装配、机车的运行速度等有重要影响。压形梁和外侧板在压制和存放过程中产生变形,两者焊接成组合型钢也存在焊接变形,因此需要对组合型钢进行矫直。由于组合型钢为大型空心型钢,矫直较大弯曲时,型钢存在压扁的可能,所以矫直存在一定的困难,虽然有经验的理论公式但缺少理论、仿真及实际的有效结合。本文从组合型钢的结构尺寸和原始弯曲变形出发,根据矫直的理论公式进行了大型组合型钢矫直机的开发。采用有限元软件ANSYS对等效截面型钢和组合型钢实体进行静压下的仿真研究,并与理论计算的结果相比较。采用ANSYS/LS-DYNA进行矫直过程的动态有限元仿真,根据型钢的弯曲状态分成单向弯曲和双向弯曲两种情况进行仿真。分析组合型钢在各矫直时刻的压下挠度和等效应力,并取型钢上的典型单元观察矫直全过程中的应力和挠度变化情况。另外分析了型钢腹板与辊子凸缘侧面的间隙对型钢腹板弯曲的影响。动态分析只考虑型钢的旁弯,即二维弯曲状态。根据矫直的理论公式采用visual basic 6.0编制矫直计算程序,完成矫直力和可调辊压下量的精确计算并确定需要的矫直次数。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 主要符号及意义
• 第1章 绪论
• 1.1 矫直技术在工业领域的重要性
• 1.2 矫直技术的发展概况
• 1.2.1 国外矫直技术的发展概况
• 1.2.2 国内矫直技术的发展概况
• 1.2.3 矫直技术的发展趋势
• 1.2.4 型材矫直当前研究状况
• 1.2.5 平行辊矫直机
• 1.3 型钢矫直的弹塑性变形及有限元方法
• 1.3.1 弹塑性变形
• 1.3.2 有限元方法及应用
• 1.4 课题来源
• 1.5 课题研究的内容和意义
• 1.5.1 课题研究的内容
• 1.5.2 课题研究的意义
• 第2章 矫直理论基础
• 2.1 塑性变形的力学基础
• 2.2 型钢矫直原理
• 2.2.1 塑性弯曲的平面假设
• 2.2.2 压力矫直原理
• 2.2.3 递减反弯矫直原理
• 2.3 矫直的传统理论分析
• 2.3.1 弯曲变形应力与应变
• 2.3.2 弯矩方程
• 2.3.3 曲率方程
• 2.3.4 挠度和压弯量
• 第3章 大型组合型钢矫直机开发
• 3.1 压下方案的选择
• 3.1.1 小变形矫直方案
• 3.1.2 大变形矫直方案
• 3.1.3 矫直机设计采用的压下方案
• 3.2 大型型钢矫直机结构参数的计算
• 3.2.1 辊系和辊数
• 3.2.2 辊径、辊距及辊长
• 3.3 大型组合型钢矫直机力能参数的计算
• 3.3.1 矫直弯矩和矫直力
• 3.3.2 轴承受力
• 3.3.3 矫直辊转矩
• 3.3.4 传动功率的计算
• 3.4 矫直机结构设计
• 第4章 型钢静压下的有限元仿真
• 4.1 有限单元法基本理论
• 4.2 等效截面型钢仿真
• 4.2.1 仿真模型的建立
• 4.2.2 仿真结果及分析
• 4.3 组合型钢实体模型仿真
• 4.3.1 仿真模型的建立
• 4.3.2 仿真结果及分析
• 第5章 型钢矫直动态有限元仿真
• 5.1 显式动力弹塑性有限元理论
• 5.2 单向原始弯曲
• 5.2.1 模型建立
• 5.2.2 仿真结果
• 5.2.3 结果分析
• 5.3 双向原始弯曲
• 5.3.1 模型建立
• 5.3.2 仿真结果
• 5.3.3 结果分析
• 5.4 腹板压弯的控制
• 第6章 型钢矫直程序开发
• 6.1 编程基本公式
• 6.1.1 弯矩方程和曲率比方程
• 6.1.2 压弯量和精度的确定
• 6.2 程序框图
• 6.3 程序界面
• 6.4 计算结果分析
• 第7章 结论
• 7.1 结论
• 7.2 后续工作及建议
• 参考文献
• 致谢
• 附录 型钢矫直计算程序
• 附录A 组合型钢计算程序
• 附录B 方形钢（条材）计算程序