304不锈钢线材椭圆孔型两道次冷连轧有限元模拟

论文摘要

不锈钢是指在大气、水、酸、碱和盐等溶液,或其他腐蚀介质中具有一定化学稳定性的钢的总称。随着社会发展,企业对不锈钢线材的需求量急剧增加,由于能直接使用的大都是不锈钢异型线材,为此要对不锈钢线材进行深加工,以得到所需规格的各种异型线材。其深加工工艺主要包括拉拔及轧制,而轧制对于最后成品的质量好坏起着至关重要的作用。在轧制成形过程中,对材料变形结果（如宽展量、延伸量等）的分析,不仅对于设计正确的轧辊孔型和轧制过程非常重要,而且对于缺陷问题的分析和轧制过程的改进都有重要的指导意义。由于金属异型材在轧制过程中变形情况比较复杂,想依靠数学式计算出金属流动情况以及应力和应变规律等结果是非常困难的。计算力学与数值模拟的结合,大大地降低了轧制过程的研究难度。数值模拟中的有限元法随着计算机的发展推出的计算软件ANSYS能够实现求解大型接触问题和多重非线性问题。随着有限元法在轧制过程中应用的日渐增多,已经有很多人将它应用于异型材轧制过程中的研究。虽然在钢铁材料的轧制过程中有限元法的运用比较普遍,但是有关棒线材椭圆孔型连轧过程的有限元应用比较少。本文运用ANSYS/LS-DYNA软件,对304不锈钢线材椭圆孔型两道次冷连轧变形过程进行模拟。所得模拟结果总结如下:（1）轧制时轧件内部应力分布规律:轧制力的最大值出现在轧件的心部,并呈圆弧状向左右递减。（2）轧件在轧制时的变形情况:轧件变形最大的位置出现在轧件心部,并以圆弧状向外逐渐递减。（3）摩擦系数改变和轧制压下量增加时横截面的应力、应变分布规律变化不大,但应力、应变有所增加。（4）一、二道次轧制轧件内部的残余等效应力均在轧件对角线处应力值较小,在其宽度和高度半径附近处应力值较大,而且最大值出现在高度端点处;其残余等效应变皆是在轧件心部应变量最大,然后以圆弧状向左右逐渐减小。（5）随着摩擦系数的增加,轧件的残余等效应力、应变有较小增加。增加压下量时轧件的残余等效应力、应变明显增加。（6）得出轧件速度及轧制力随时间的变化规律以及轧件前后滑值。（7）根据模拟结果计算得轧件的压缩及延展量,并将改变参数时所得压下量及宽展量与实际生产变形结果相比较,证实了用ANSYS/LS-DYNA有限元软件模拟该轧制过程的可靠性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 不锈钢轧制及其有限元方法的研究意义
• 1.3 课题来源
• 1.4 主要工作
• 第二章 轧制工艺及其有限元模拟的发展
• 2.1 引言
• 2.2 不锈钢及其生产过程
• 2.2.1 不锈钢定义
• 2.2.2 不锈钢分类
• 2.2.3 不锈钢线材生产过程
• 2.2.4 不锈钢深加工过程
• 2.3 轧制理论
• 2.3.1 咬入角（α）
• 2.3.2 咬入条件
• 2.3.3 金属在变形区内的流动规律
• 2.3.4 轧制过程中的横变形—宽展
• 2.4 不锈钢异型线材深加工技术的研究现状
• 2.4.1 拉拔技术
• 2.4.2 连轧技术在异型材加工中应用现状
• 2.5 有限元模拟方法
• 2.5.1 有限元方法定义
• 2.5.2 有限元分析方法步骤
• 2.5.3 有限元模拟技术应用现状
• 2.6 有限元软件介绍
• 2.7 小结
• 第三章 轧制过程有限元模型的建立
• 3.1 引言
• 3.2 参数设置
• 3.3 实体建模
• 3.4 有限元网格划分
• 3.5 接触的定义
• 3.5.1 接触算法的确定
• 3.5.2 接触类型的选择
• 3.5.3 摩擦系数的选取
• 3.5.4 施加载荷
• 3.6 小结
• 第四章 模拟结果及分析
• 4.1 引言
• 4.2 轧件所受应力分布规律
• 4.2.1 等效应力
• 4.2.2 第一道次轧制各方向受力
• 4.2.3 第二道次轧制各方向受力
• 4.3 轧件应变分布规律
• 4.3.1 轧件等效应变
• 4.3.2 第一道次轧制轧件各方向应变
• 4.3.3 第二道次轧制轧件各方向应变
• 4.4 改变参数时轧件等效应力分布规律
• 4.5 改变参数时轧件等效应变分布规律
• 4.6 残余应力及应变分布情况
• 4.6.1 轧件横截面的残余等效应力
• 4.6.2 轧件横截面的各方向残余应力
• 4.6.3 轧件横截面的残余等效应变
• 4.6.4 轧件横截面的各个方向残余应变
• 4.6.5 轧件纵截面残余等效应力
• 4.6.6 轧件纵截面残余等效应变
• 4.7 改变参数时残余应力及应变
• 4.7.1 横截面残余等效应力比较
• 4.7.2 横截面残余等效应变比较
• 4.7.3 纵截面残余等效应力比较
• 4.7.4 纵截面残余等效应变比较
• 4.8 轧件速度随时间变化规律
• 4.9 轧件前滑和后滑
• 4.10 轧制力随时间变化规律
• 4.11 轧件压下量及宽展量
• 4.12 改变参数时压下量和宽展量比较
• 4.13 小结
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 学位论文评阅及答辩情况表