带材辊式矫直过程的有限元分析

论文摘要

近几年,我国钢产量持续增长,随着用户对带材质量要求的不断提高,带材发展的重点正从追求产量转移到追求质量。采取措施改善带材质量已成为生产者急需解决的事情。矫直机是改善带材质量的主要设备。国内生产厂家需要附有新技术的辊式矫直机,特别是用于高精度带材精整线上的辊式矫直机。本课题以中国重型机械研究院项目为依托,对带材辊式矫直机的关键技术进行了研究。通过理论分析寻找带材矫直变形规律,对辊系参数进行设计计算,建立了矫直模型。采用显式动力学有限元算法,以有限元软件ANSYS/LS-DYNA为工具,对带材辊式矫直过程进行了模拟分析。根据矫直理论和辊式矫直原理,本文对辊式矫直机矫直带材进行工艺参数分析,设计计算了辊式矫直机基本参数,并计算出矫直力,在此参数下利用有限元软件模拟带材的矫直过程,模拟结果表明辊系参数设置基本合理,能够实现带材矫直。分析弹塑性变形弯曲理论及矫直辊布置方式确定矫直方案,结合矫直过程中带材的动态变形特点,建立矫直解析模型,推导出压弯量计算公式。根据解析模型和提供的基本参数、几何尺寸和材料力学性能参数,选择适当的材料模型。分析了带材辊式矫直过程中的有限元理论,简单介绍了本文所用的有限元软件,利用有限元软件建立三维有限元模型,对不同压弯量下的矫直过程进行分析,确定了合理的压弯量,最后分析了压弯量对应力、应变的影响。本文采用解析计算和计算机仿真相结合的方法研究带材辊式矫直过程,通过对带材辊式矫直过程工艺参数的深入研究,确定辊系参数,模拟带材矫直过程,获得合理的矫直参数,其结果可以为实际生产中矫直工艺参数的设定、优化和矫直机的设计提供了理论依据和科学指导,因此可以缩短矫直机产品的开发周期,降低生产成本,适应市场不断变化需求,促进我国板带材辊式矫直技术的发展。同时,本文采用的研究方法为矫直理论的进一步发展提供了新的研究手段。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文提出的依据
• 1.2 带材矫直技术的研究概况
• 1.2.1 国外带材矫直技术的研究概况
• 1.2.2 国内带材矫直技术的研究概况
• 1.3 辊式矫直机
• 1.3.1 辊式矫直机矫直原理
• 1.3.2 辊式矫直机类型及调整方式
• 1.3.3 辊式矫直机的矫直方案
• 1.4 本课题研究的目的、意义及研究内容
• 1.4.1 本课题研究的目的、意义
• 1.4.2 本课题研究内容
• 第二章 带材辊式矫直过程的解析模型
• 2.1 弹塑性弯曲的基本概念及带材矫直方案
• 2.1.1 弹塑性弯曲过程的理论
• 2.1.2 带材弹塑性弯曲过程的曲率
• 2.1.3 带材弹塑性弯曲中的应变、力矩及曲率方程
• 2.1.4 矫直方案的确定
• 2.2 辊式矫直机参数设计
• 2.2.1 辊径和辊距的确定
• 2.2.2 辊数、辊身长度及矫直速度的确定
• 2.3 解析模型的建立
• 2.3.1 压弯量与挠度的关系
• 2.3.2 入、出口矫直辊压弯量的确定
• 2.4 矫直力的计算
• 2.5 矫直力的结果分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 弹塑性有限元法及其在塑性成形中的应用
• 3.1 塑性成形中的有限元法
• 3.2 带材矫直过程的弹塑性有限元
• 3.2.1 有限变形的应变张量
• 3.2.2 有限变形的应力张量
• 3.2.3 几何非线性有限元方程U.L.描述法
• 3.2.4 弹塑性变形的本构关系
• 3.2.5 材料非线性屈服条件
• 3.2.6 三维动力学基本方程
• 3.2.7 中心差分法
• 3.3 ANSYS/LS-DYNA 软件介绍
• 3.3.1 LS-DYNA 的发展历程
• 3.3.2 LS-DYNA 的应用领域
• 3.3.3 LS-DYNA 的功能
• 3.4 本章小结
• 第四章 带材辊式矫直过程的有限元模型
• 4.1 模型的简化
• 4.2 单元的选择
• 4.3 模型参数的设定
• 4.4 网格划分及边界条件的设置
• 4.5 接触的处理
• 4.6 载荷及初始条件的处理
• 4.7 求解及其过程控制
• 4.8 后处理
• 4.9 本章小结
• 第五章 带材辊式矫直数值模拟分析
• 5.1 沙漏及其能量分析
• 5.2 不同压弯量下的分析
• 5.2.1 3mm 厚带材不同压弯量的分析
• 5.2.2 0.3mm 厚带材不同压弯量的分析
• 5.3 矫直力分析
• 5.3.1 矫直力的比较
• 5.3.2 矫直力的分析
• 5.3.3 有张力和无张力情况下的矫直力
• 5.4 等效应力分析
• 5.5 应力与应变分析
• 5.5.1 矫直过程及矫后的最大应力
• 5.5.2 矫直过程的最大应变
• 5.6 长度方向纵向应力
• 5.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及研究
• 致谢
• 作者简介