薄壁管八辊矫直过程仿真及机架静力分析

论文摘要

随着国民经济的飞速发展,工业以及高科技领域对薄壁管材的需求急剧上升,因此薄壁管类零件的制造精度就显得尤为重要。薄壁管外径一般为壁厚的20倍以上,其矫直过程是薄壳结构的弹塑性变形过程。厚壁管的矫直问题可以完全借鉴实心轴类零件的矫直工艺理论,但薄壁管件的矫直问题有其特殊性,所以,一直以来,人们都在尝试解决薄壁管的矫直问题。本文首先以弹塑性弯曲理论为基础,运用Matlab及AutoCAD绘制了双曲线辊型曲线,并根据实际矫直情况对辊型曲线进行修正,最终在Solidworks中创建矫直辊的三维模型；确定辊子斜角,计算矫直速度,并按小变形原则确定各辊的压弯量；将八辊矫直机等效转化为一个六辊矫直机和一个三辊矫直机的合成,计算矫直力。其次,利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA,对薄壁管八辊矫直过程进行仿真。采用LS-PREPOST3.2 （Beta）对模拟结果进行后处理；分析薄壁管矫直过程的接触模型,钢管咬入阶段、稳定矫直阶段及矫直完成阶段的等效应力应变云图；分析矫直完成后钢管的轴向平直度,达到1mm/m矫直精度要求,验证了所计算的矫直参数的合理性及所设计的辊型的合理性,同时验证了项目中所设计的八辊矫直机的合理性,对薄壁管矫直机的设计及薄壁管的矫直具有一定的指导意义。最后,利用ANSYS软件对薄壁管八辊矫直机预紧力机架进行静力分析。首先分析加载预紧力后机架各组成部件的应力值,然后加载矫直力,分析加载矫直力后机架各组成部件的应力变化,均满足强度要求,对预紧力机架的设计具有指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 矫直技术发展现状
• 1.3 矫直机分析方法研究现状
• 1.4 薄壁管矫直研究现状
• 1.5 薄壁管矫直机研究现状
• 1.6 课题来源
• 1.7 本文研究的主要意义
• 1.8 本文研究的主要内容
• 第2章 管材矫直弹塑性弯曲理论
• 2.1 弯曲变形与应力
• 2.2 弯曲变形与曲率
• 2.3 弯曲变形与弯矩
• 2.4 本章小结
• 第3章 矫直辊辊型的设计
• 3.1 矫直辊辊型研究现状
• 3.2 双曲线辊型设计
• 3.3 本章小结
• 第4章 薄壁管八辊矫直参数计算
• 4.1 辊子斜角的确定
• 4.2 矫直速度的计算
• 4.3 压弯量的计算
• 4.4 矫直力和矫直弯矩的计算
• 4.5 本章小结
• 第5章 薄壁管八辊矫直过程仿真
• 5.1 有限元模型的建立及各参数的设定
• 5.1.1 建立薄壁管及矫直辊模型
• 5.1.2 单元类型的选择
• 5.1.3 材料模型的选择
• 5.1.4 网格划分
• 5.1.5 接触设置
• 5.1.6 定义载荷、初始条件及约束
• 5.1.7 求解和控制
• 5.1.8 后处理
• 5.2 矫直过程分析
• 5.2.1 薄壁管矫直过程的接触模型
• 5.2.2 钢管咬入阶段
• 5.2.3 钢管稳定矫直阶段
• 5.2.4 钢管矫直完成阶段
• 5.3 轴向平直度矫直效果分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 八辊矫直机预紧力机架的静力分析
• 6.1 机架受力分析比较
• 6.1.1 立柱和立柱外套的理论分析
• 6.1.2 建立模型
• 6.1.3 定义材料
• 6.1.4 划分网格
• 6.1.5 接触处理
• 6.1.6 加载和约束
• 6.1.7 预紧力分析
• 6.1.8 加载矫直力
• 6.1.9 分析结果
• 6.2 本章小结
• 第7章 结论及展望
• 参考文献
• 致谢