1420热连轧辊系变形三维建模及有限元分析【含CAD高清图纸和说明书】
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含CAD高清图纸和说明书
1420
轧辊
变形
三维
建模
有限元分析
CAD
图纸
说明书
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2019/11/1,1,1420热连轧辊系变形三维建模及有限元分析,1.课题背景及现状 2.本课题的总体要求 3.本课题的重点及难点 4.本课题所取得的结论及成果 5.致谢,2019/11/1,2,1.课题背景及现状,1.1四辊轧机发展情况概论 近年来我国轧钢行业得到了飞速发展，钢材年产量突破了2亿吨，已连续多年成为世界钢产量第一大国。板带材的轧制生产能力逐步提升到了一个较高的水平，各种板带产品也得以广泛的应用于生产和生活中的方方面面。但是我国目前轧钢生产的技术水平与国际先进水平相比还有相当大的差距，轧制产品的主要技术指标与国际先进水平相比仍有相当大的差距，我国已经入世，国外钢材生产技术强国的行业冲击愈发明显起来，要想在空前激烈的竞争中,2019/11/1,3,得以生存、获得发展，我们就必须在轧机精度控制等方面多做工作。 四辊轧机以其较高的生产能力和良好的产品质量广泛应用于板带生产中，近年来随着国民经济的不断发展以及工业生产需求的不断增长，用户对板带产品的平直度等指标要求越来越高，这就对板带轧制中辊缝的控制精度提出了更高的要求。对四辊轧机辊系变形进行分析，是关乎板带材质量的决定性因素。如何提高轧机辊系变形分析的水平，对各个工厂来说是要亟待解决的，传统的分析方法，繁杂且精度不高。本课题采用基于 ANSYS软件的有限元分析法对四辊轧机辊系变形进行研究，是近年来一种正在被逐步广泛应用的方法。,2019/11/1,4,1.2 辊系变形计算的常用理论与计算方法,轧辊变形模型的分类 关于板形的轧辊变形模型的分类如下： (1) 二辊轧机的简支梁模型； (2) 四辊轧机的简支梁模型； (3) 分割梁模型； (4) 有限元分析模型。,2019/11/1,5,但是，简支梁模型存在着很多方面的局限性，首先，压力的传递是通过整个接触区进行的，简支梁模型不能满足此要求；在工作辊和轧件及工作辊简支梁模型不能模拟与支撑辊间载荷横向不均匀分布，因此，该模型没有考虑一些重要的因素，如轧辊凸度、随后的板凸度、材质硬度沿带宽方向的分布、轧辊的磨损等。 分割梁模型则是建立在假设在轧制力作用下工作辊和支承辊完全接触之上的。实际上，当采用特殊的辊型系统如CVC轧辊、UPC轧辊和锥形轧辊时，情况并非如此。而且分割梁模型用二维问题代替三维问题，因此在某些情况下，不可能获得良好的计算精度。采用有限元的方法可以很好的解决这些问题。,2019/11/1,6,2.本课题的总体任务要求,一、在充分了解掌握 ANSYS的基础上，依据四辊轧机辊系变形的特点建立满足精度且又便于计算分析的设计计算模型。 二、合理解决在轧制过程中两辊之间的接触问题和轧制区上的非线性加载问题，以提高模型的仿真水平和计算精度。 三、利用ANSYS软件的结果后处理功能，分析轧制时影响因素的作用，并对后处理结果进行计算分析。 四、学会利用APDL编程开发工具进行设计和分析。,2019/11/1,7,3.本课题的重点及难点,1.解决存在于两辊接触区的接触问题 2.解决存在于工作辊轧制区的非线性加载问题 3.对结果进行图形后处理,2019/11/1,8,3.1 解决存在于两辊接触区的接触问题,四辊轧机支承辊和工作辊之间承载时有很大的接触应力，Hertz认为：两圆柱体在接触区内产生局部的弹性压扁，存在呈半椭圆形分布的压应力。半径方向产生的法向正应力在接触面的中部最大。最大压应力及接触区宽度由下式计算：,2019/11/1,9,由于接触区宽度b在本课题中也属未知，故因由分析得出。体现在ANSYS分析中即为接触区,2019/11/1,10,域面积。接触区域面积过小，不能模拟出两辊间的完全接触；而接触面积过大，又会直接影响到求解速度。我首先预估了一个较大的接触范围，以此为基础进行计算，然后将对后处理图形分析的信息反馈给建模环节，重新细化接触区域。 在工作辊和支承辊的接触区我们选用了一个被ANSYS称为接触对的组操作来划分两辊之间的接触区。ANSYS的接触对创建会将互相接触的实体中刚度较大的那个定义为目标面，而将刚度较小的定义为接触面。在本课题中因支承辊的刚度较大，故将支承辊的接触面定义为TARGE170单元(3-D Target Segment)，将工作辊的接触面定义为CONTA174单元(3-D 8-Node Surface-to-Surface Contact)，然后对这些区域进行网格划分。网格,2019/11/1,11,划分的精度由划分体单元时的对面上得单元尺寸控制来保证，由于接触单元的网格精度控制的质量直接决定了求解的精确性，故可对接触面进行线或面的局部网格细化控制。,2019/11/1,12,3.2解决存在于工作辊轧制区的非线性加载问题,按照适用于热轧带钢的Sims公式，可知在轧件与工作辊的接触区中存在着前滑和后滑两个变形区。两个区域由中性面分开，各自满足不同的公式的作用情况。 工作辊上受到两种载荷： 1.作用于辊身轧制区的轧制力； 2.作用于辊颈处的弯辊力。,2019/11/1,13,其中弯辊力的实现较为容易，只需在正确的节点位置施加集中力即可。而轧制变形区的轧制力的施加则远没有这么容易了。本课题中热轧辊系单位轧制压力是通过Sims公式得到的，这个力是随着轧制区位置的变化而变化的。也就是说，在加载的时候，我们必须依据Sims公式对不同的轧制变形区域施加不同的单位压力。此步骤可以通过FORTRAN语言编程来实现。通过FORTRAN语言获得轧制区的每个SHELL63单元的中心坐标值，并以此为参数写出加载公式，使加载在轧制区的力随单元中心坐标值的不同而不同。附程序清单。,2019/11/1,14,3.3对结果进行图形后处理,通过结果后处理过程，我们可以观察到在一定的载荷和工况条件下辊系模型的变形情况以及其他一些与分析有关技术指标。ANSYS的后处理模块功能相当强大，可满足用户对求解后的模型中多方面多角度的分析要求。在本课题中，需要解决的问题主要有如下几个方面： 1查看工作辊面变形情况以及轧辊的截面形状； 2绘制支承辊及工作辊的挠曲线； 3绘制支承辊及工作辊之间的弹性压扁曲线； 4绘制支承辊与工作辊之间接触面上的接触 压力q的分布； 5. 绘制轧件表面变形曲线。 6分析不同工况对上述技术指标的影响。,2019/11/1,15,综合各轧制过程中的影响因素不难发现，在轧制的过程中，如何保持合适的弯辊力与轧制力的搭配是很重要的。由于弯辊力的施加对于保持轧件的边步板形良好具有很重要的作用，所以在轧制时尽可能使弯辊力大一些，轧制力也是如此，虽然较大的轧制力使板带产生了较大的变形，但由于整个轧制过程还有后续轧机的精轧过程，所以在此不必过多考虑弯辊力和轧制力增加所带来的不利影响。只要满足强度要求即可。,2019/11/1,16,4.本课题所取得的结论及成果,本论文研究的目的是借助ANSYS软件实现对轧制过程中影响因素的控制，并对工作辊的变形状态进行准确的预报。论文从实际应用的角度出发，研究中模型的建立和方法的应用兼顾良好的仿真模拟和计算的快速、易实现性。由于精力和时间的限制，本论文难免有存在一些不足之处，比如在更高精度的建模以及约束的施加方面还存在着一些可以细化处理的环节，下面对论文的主要研究分析结果作做一简单的总结：,2019/11/1,17,（1） 论文介绍了四辊轧机辊系变形的常用理论和较为通用的相关模型，并着重介绍了本课题所采用的三位有限元建模思想。 （2） 论文介绍了本人应用ANSYS通用有限元分析
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