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1420热连轧辊系变形三维建模及有限元分析【CAD图纸和毕业论文】【答辩通过】

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1420热连轧辊系变形三维建模及有限元分析【CAD图纸+毕业论文】【答辩通过】.rar

1420热连轧辊系变形三维建模及有限元分析

工作辊变形图剖视.jpg---(点击预览)

工作辊mises应力分布.jpg---(点击预览)

CAD

成果

b=1000,j=1200

辊系mises应力图.jpg---(点击预览)

说明.txt---(点击预览)

W531轧件热凸度.jpg---(点击预览)

W531支承辊挠曲线图.jpg---(点击预览)

W531接触区压应力分布曲线图.jpg---(点击预览)

W531接触区压应力分布.jpg---(点击预览)

W531接触区压力p分布曲线图.jpg---(点击预览)

W531弹性压扁量.jpg---(点击预览)

W531工作辊挠曲线图.jpg---(点击预览)

W531工作辊截面变形剖视图.jpg---(点击预览)

W531工作辊变形底视图.jpg---(点击预览)

W531工作辊变形iso视图.jpg---(点击预览)

b=1000,j=1200.mac

Thumbs.db

工作辊MISES应力变化.avi

工作辊变形视图1.avi

工作辊变形视图2.avi

接触压应力变化.avi

支承辊MISES应力变化.avi

b=800,j=0

辊系mises应力分布.jpg---(点击预览)

轧件热凸度.jpg---(点击预览)

支撑辊挠曲线.jpg---(点击预览)

接触面压应力分布.jpg---(点击预览)

接触面压力q分布.jpg---(点击预览)

接触压应力分布.jpg---(点击预览)

弹性压扁曲线图.jpg---(点击预览)

工作辊挠曲线.jpg---(点击预览)

工作辊变形图剖视.jpg---(点击预览)

工作辊变形图.jpg---(点击预览)

工作辊mises应力分布.jpg---(点击预览)

b=800,j=1200

辊系mises应力分布底视.jpg---(点击预览)

支承辊挠曲线.jpg---(点击预览)

接触压力分布曲线图（0代表中间截面）.jpg---(点击预览)

接触压力q分布曲线图（0代表中间截面）.jpg---(点击预览)

b=800,j=1200.mac

b=800,j=800

辊系mises应力分布图.jpg---(点击预览)

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接触区压应力变化.jpg---(点击预览)

接触区压应力分布.jpg---(点击预览)

接触区压力变化曲线.jpg---(点击预览)

弹性压扁量.jpg---(点击预览)

工作辊挠曲线变化.jpg---(点击预览)

工作辊变形截面视图.jpg---(点击预览)

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工作辊凸度变化.jpg---(点击预览)

f608

f608轧件凸度.jpg---(点击预览)

f608支承辊挠区线.jpg---(点击预览)

f608接触压力分布.jpg---(点击预览)

f608弹性压扁量.jpg---(点击预览)

f608工作辊挠线.jpg---(点击预览)

f608工作辊截面形状.jpg---(点击预览)

f608工作辊变形底视图.jpg---(点击预览)

f608j接触面接触应力分布.jpg---(点击预览)

f608工作辊变形底视图.bmp

f608工作辊截面形状.bmp

f608支承辊挠区线.bmp

f=1200,b=1000压下率0.33.mac

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关键词：: 轧辊变形三维建模有限元分析 cad 图纸毕业论文答辩通过

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摘要

热连轧机组承担着生产合格成品带钢的任务。对轧机辊系变形尤其是工作辊变形做出准确的预报和分析，是保证板带材成品截面形状及平直度的先决条件。本课题的主要内容就是要利用大型通用有限元分析软件ANSYS来模拟实际生产的情况并加以分析。具体则体现在以下四个方面：
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。

关键词：热连轧, 辊系变形, 有限元分析, ANSYS

Aabstract
The hot strip mill is taking to produce eligible strip production in hand .So the exact prediction and analysis of the deflection status of mill roller, especially for work roll is very important. It is a precondition of improving the profile and the flatness of strip.this article’s research topic is how to simulate the real condition of production and analysis them with the international using software: ANSYS. Concretely say, it contains the following four aspect:
One. On the precondition of mastering ANSYS,establish a suitable model based on the deformation characteristic of 4-high mill which can satisfy the precision of calculation and analysis request.
Two. Solve the problem on the aspect of contact and nonlinear loading compatibly, to make sure that the simulation level of model can be elevated.
Three. Analyse influence factor’s action on rolling,using Post-processor’s function which ANSYS offered, and do research about the result of Post-processor.
Four. Learn to use APDL (ANSYS Parametric Language) to design and analysis these problems.

Keywords: Hot Continuous Rolling, Deflection of rolls, Finite elements analysis, ANSYS

目录
1、绪论- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 1
1.1 四辊轧机发展情况概论- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 1
1.2 辊系变形计算的常用理论与计算方法 - - - - - - - - - - - - - - - - 1
1.2.1轧辊变形模型的分类 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 1
1.2.2 二辊轧机的简支梁模型 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 1
1.2.3 四辊轧机的简支梁模型 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 3
1.2.4分割法模型 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -5
1.2.5 有限元分析理论 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 8
1.2.6 二维有限元分析模型 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 10
1.2.7 三维有限元分析模型 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 11
1.3 ANSYS软件 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 13
1.3.1 ANSYS的工作原理——有限单元法 - - - - - - - - - - - - - - - 13
1.3.2 ANSYS软件简介- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 14
1.4 本文主要研究内容及创新 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 16
2、模型设计与计算- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 17
2.1辊系模型的建立- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 17
2.1.1 设计原理- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -17
2.1.2 模型设计- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -17
2.2接触区域的划分- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -19
2.2.1 设计原理- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -19
2.2.2 模型设计- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -20
2.3分析模型的建立- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -23
2.3.1 单元的选取- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 23
2.3.2 材料特性的定义- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -24
2.3.3 模型设计 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 24
2.4 边界条件的确定及加载- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 28
2.4.1边界条件的确定- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -28
2.4.2 加载- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 28
3、结果后处理- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 31
3.1 辊系变形情况- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -32
3.2支承辊和工作辊的挠曲线- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 38
3.3 支承辊和工作辊的弹性压扁曲线- - - - - - - - - - - - - - - - - - -44
3.4 接触面上的接触压力分布- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 47
3.5 绘制轧件表面变形曲线- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 52
3.6 图形数据分析- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -54
3.6.1 对辊系变形情况的分析- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -54
3.6.2. 支承辊和工作辊的挠度分析- - - - - - - - - - - - - - - - - - -55
3.6.3 弹性压扁曲线的计算分析- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -57
3.6.4 接触面接触应力的分析- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -58
3.6.5板带凸度分析- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -59
3.6.6综合分析- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -59
结论- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 60
致谢- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 61
主要参考文献- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 62

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QQ截图20150829154407.gif

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内容简介：: 除了b=1000 j=1200kn以外支承辊辊颈处约束施加为6个点支承辊辊颈约束施加方式：2节点1.3 ANSYS软件1.3.1 ANSYS的工作原理有限单元法有限单元法的基本思想是将连续的结构离散成有限个单元，并在每一个单元中设定有限个节点，将连续体看作是只在节点处相连接的一组单元的集合体；同时选定场函数的节点值作为基本未知量，并在每一单元中假设一近似差值函数以表示单元中场函数的分布规律；进而利用力学中的某些变分原理去建立用于求解节点未知量的有限元法方程，从而将一个连续域中的无限自由度问题化为离散域中的有限自由度问题。一经求解就可以利用解得的节点值和设定的插值函数确定单元上以至整个集合体上的场函数。有限元求解程序的内部过程可从图1-11中看出。结构离散化，输入或生成有限元网格计算单元刚度矩阵形成总刚度矩阵形成节点载荷向量引入约束条件解线性代数方程组输出节点位移计算并输出单元的应力图1-11近40年来，随着计算机的飞速发展和广泛应用，各种行之有效的数值计算方法得到了巨大的发展。而有限元方法则是计算机诞生以后，在计算数学、计算力学、和计算工程科学领域里诞生的最有效的计算方法。随着有限元理论基础的日益完善，出现了很多通用和专用的有限元计算软件。在国际画的市场经济中，企业间的竞争日益加剧。为取得竞争优势，企业迫切需要以高质量低成本的产品迅速抢占市场，因此企业迫切需要高技术、高速度、低成本的设计方法。ANSYS程序即是应此要求而发展起来的计算机仿真设计工具。1.3.2 ANSYS软件简介ANSYS软件由成立于1970年的美国ANSYS公司开发完成，是融结构、热、流体、电磁、声学于一体的大型通用有限元分析软件，可广泛应用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等一般工业及科学研究。ANSYS程序是一个功能强大的、灵活的设计分析及优化软件包。该软件可浮动运行于从PC机、NT工作站、UNIX工作站甚至巨型机的各类计算机及操作系统中，数据文件在其所有的产品系列和工作品台上均兼容。其多物理场耦合的功能，允许在同一模型上进行各式各样的耦合计算，如：热结构耦合、磁结构耦合、以及电磁流体热耦合。在PC机上生成的模型同样可以运行于巨型机上，这样就保证了所有的ANSYS用户的多领域多变工程的求解。1.3.2.1 ANSYS软件的组成ANSYS软件主要包括三个部分：前处理模块、分析计算模块和后处理模块。1）前处理模块它为用户提供了一个强大的实体建模及网络划分工具，用户可以方便地构造有限元模型，软件提供了100种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。实体建模参数化建模体素库及布尔运算拖拉、旋转、拷贝、蒙皮、倒角等。多种网格自动划分工具，自动进行单元形态、求解精度检查及修正。自动/映射网格划分、智能网格划分、自适应网格划分。复杂几何体Sweep映射网格生成。六面体向四面体自动过渡网格：金字塔形。边界层网格划分在几何模型或FE模型上加载：点载荷、分布载荷、体载荷、函数载荷。可扩展的标准梁截面形状库2）分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力。3）后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、力子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到内部结构）等图形方式显示出来，也可以将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。具体如下所示：计算报告自动生成及定制工具，自动生成符合要求格式的计算报告。结果显示菜单：图形显示、抓图、结果列表。图形：云图、等值线、矢量显示、粒子流迹显示、切片、透明及半透明显示、纹理。钢筋混凝土单元可显示单元内的钢筋、开裂情况以及压碎部位。梁、管、板、复合材料单元及结果按实际形状显示，显示横截面结果；显示梁单元弯矩图。显示优化灵敏度及优化变量曲线。各种结果动画显示，可独立保存及重放。 3D图形注释功能。直接生成BMP、JPG、VRML、WMF、PNG、PS、TIFF、HPGL等格式的图形。计算结果排序、检索、列表及再组合。提供对计算结果的加、减、积分、微分等计算。显示沿任意路径的结果曲线，并可进行路径的数学计算。 1.3.2.2 ANSYS主要的技术特点唯一能实现多场及多耦合分析的软件唯一实现前后处理、求解及多场分析统一数据库的一体化大型FEA分析软件唯一具有物理场优化功能的FEA软件唯一具有中文界面的大型通用有限元分析软件具有强大的非线性分析功能具有适用于不同的问题和硬件配置的多种求解器支持异种异构功能网络浮动，在异种、异构平台上支持界面统一，数据文件通用强大的并行计算功能，支持分布式并行和共享内存式并行多种用户网格划分技术完善的用户开发环境同时，ANSYS软件拥有丰富和完善的单元库、材料模型库和求解器，保证了他能高效的求解各类结构的静力、动力、振动、线性和非线性问题，压缩和不可压缩的流体问题。其友好的图形界面和程序结构，交互式的前后处理和图形软件，大大的减轻了用户在实际工程问题中创建模型、有限元求解以及结果分析和评价的工作量。他的统一集中式的数据库保证了个模块之间的有效可靠的集成，并实现了与多个CAD/CAE软件的友好链接。装订线ANSYS程序清单工作环境：17显示器，1024*768分辨率，32位色；1.7G Celeron CPU;368M DDR内存；60G硬盘（7200转）；16M显示卡；1.自由网格划分适用模型Finish/clear!清空ANSYS界面中的历史操作/prep7!进入前处理模块ET,1,SOLID185!定义体单元的类型ET,2,CONTA173! 定义接触单元的类型ET,3,TARGE170! 定义接触对中目标单元的类型ET,4,SHELL63! 定义加载区以及扫掠用壳单元的类型R,1R,2R,3,0.1!分配实常数MP,EX,1,1.5e5 !定义工作辊的材料属性：杨氏模量，泊松比 MP,PRXY,1,0.27MP,EX,2,1.75e5! 定义支承辊的材料属性：杨氏模量，泊松比MP,PRXY,2,0.27CSYS,0!设置当前坐标系为迪卡尔坐标系K,1, !定义轧辊模型中的各个关键点K,2,1510, K,3,1510,-630, K,4,800,-630, K,5,800,-494.5955, K,6,650,-440, K,7,0,-385,K,8,1510,-950, K,9,343,-950, K,10,343,-725, K,11,615,-725, K,12,615,-680, K,13,800,-680,K,1001,1510,-630, K,1002,800,-630, A,1,2,3,4,5,6,7,1!由点直接生成支承辊截面A,1001,8,9,10,11,12,13,1002,1001!由点直接生成工作辊截面VROTAT,1,1,2,360, !旋转生成支承辊VROTAT,2,8,9,360,! 旋转生成工作辊KL,22,0.15, ,!生成两辊接触区中间截面处的关键点KL,49,0.85, ,KL,61,0.3, , KL,93,0.7, ,KGEN,2,47,50,1,-710,0!生成两辊接触区辊颈处的关键点LSTR, 51, 47!生成接触区轮廓线 LSTR, 49, 53LSTR, 52, 48LSTR, 50, 54KL,87,0.1954, , ! 生成工作辊轧制区的关键点KL,87,0.0598, ,LGEN,2,87,-500,0! 生成工作辊轧制区的轮廓线KGEN,2,55,56,1,-500,0LSTR, 55, 59 LSTR, 56, 60LSBL, 103, 104!KL,87,0.1954, , LSTR, 55, 59 LSBL, 106, 105KL,87,0.0598, , LSTR, 56, 60LDELE, 107 !删除线划分线时多余的线段LSEL,S,103,104,1LSEL,A,108ASBL, 52, ALL!用生成的轮廓线划分出加载面ALLSASBL, 61, 105!划分出两辊接触区的接触面ASBL, 25, 101ASBL, 60, 102ASBL, 4, 99ASBL, 36, 100VGLUE,1,2,3,4,VGLUE,5,6,7,8,!完成对实体模型的建立TYPE,4!选定划分加载面的单元为此前定义过的shell63单元REAL,3LSEL,S,73,87,14!划分加载区的单元尺寸LSEL,A,104,108,4LESIZE,ALL,3!轴向尺寸为3mmALLSLSEL,S,103,107,2LESIZE,ALL,20!将圆周向尺寸20等分AMESH,52,63,11!执行用壳单元划分加载面的命令ALLSESIZE, 120, 0,!定义体单元尺寸ASEL,S,60,61,1AESIZE,ALL,20!细化接触对目标面上网格大小ALLSMSHAPE,1,3D !体单元划分方式：自由MSHKEY,0VATT,1!选定体单元类型VSEL,S,1,4,1VMESH,ALL!划分支承辊体单元ALLSASEL,S,4,25,21AESIZE,ALL,20!细化接触面上网格大小ALLSVATT,1,1,1!选定单元类型以及材料特性和对应的实常数VSEL,S,5,8,1 VMESH,ALL!划分工作辊体单元ALLSASEL,S,60,61,1!创建接触对NSLA,S,1!将所选定的面上的所有节点选中CM,SURF1,NODETYPE,3!选定TARGE170单元及实常数REAL,1ESURF!在表面创建接触ALLSASEL,S,4,25,21NSLA,S,1CM,SURF2,NODETYPE,2!选定CONTA173单元及实常数REAL,1ESURF!接触对创建完成ALLS /SOLU!进入求解模块ANTYPE,0!静态分析NLGEOM,ON!非线性大变形NSUBET,2!载荷的施加分为两个子步实施ASEL,S,3,24,7ASEL,A,30,54,8DA,ALL,UX,DA,ALL,UZ,!在中间截面施加轴向和水平径向的约束NSEL,S,2614,2615,1D,ALL,UY,UZ,!在支承辊辊颈安装动压油膜轴承的位置施加垂直和水平径向的约束ALLSF,5609,FY,1.2e6!施加弯辊力Finish!施加轧制力/SOLUALLSk=85!参数定义pi=3.14h0=65h1=35alfa=0.307r1=630r2=320asel,s,52 !-esla,snsla,s,1!选定前滑区加载面上所有的节点*get,enmax,elem,num,max*get,enmin,elem,num,min!获取面上所有单元的最大和最小的编号fcum,add!采用累加方式施加载荷*do,i,enmin,enmax*if,esel(i),eq,1,then!防止节点号不连续，从最小节点号到最大节点号之间有些节点不在需选!择之列*get,ae,elem,i,area!获取单元真实面积ye=centry(i) 获取单元中心Y坐标ze=centrz(i) 获取单元中心Z坐标ls1=abs(ye)!为方便表达，定义参数ls2=abs(ze)ls3=ls1-r1-r2ls4=ls2/ls3thita=atan(ls4)h_thita=2*r2*(1-cos(thita)+h1p_thita=(pi/4*log(h_thita/h0)+pi/4+sqrt(r2/h1)*atan(sqrt(r2/h1)*alfa)-sqrt(r2/h1)*atan(sqrt(r2/h1)*thita)*k!入口至中性面之间的单位压力公式sfe,i,pres,p_thita*endif*enddo!结束循环allsasel,s,63 !-esla,snsla,s,1*get,enmax,elem,num,max*get,enmin,elem,num,minfcum,add*do,i,enmin,enmax*if,esel(i),eq,1,then*get,ae,elem,i,areaye=centry(i)ze=centrz(i)ls1=abs(ye)ls2=abs(ze)ls3=ls1-r1-r2ls4=ls2/ls3!此处并非是ls1thita=atan(ls4)h_thita=2*r2*(1-cos(thita)+h1p_thita=(pi/4*log(h_thita/h1)+pi/4+sqrt(r2/h1)*atan(sqrt(r2/h1)*thita)*k!出口至中性面之间的单位!压力公式sfe,i,pres,p_thita*endif*enddoalls2.b=1000mm,J=1200KN，相对压下率为50%时，采用扫掠生成体单元的程序Finish/clear/prep7et,1,solid185!定义体单元的类型et,2,conta174! 定义接触单元的类型et,3,targe170! 定义接触对中目标单元的类型et,4,shell63! 定义加载区以及扫掠用壳单元的类型r,1r,2r,3,0.1!分配实常数mp,ex,1,1.5e5!定义工作辊的材料属性：杨氏模量，泊松比mp,prxy,1,0.27mp,ex,2,1.75e5!定义支承辊的材料属性：杨氏模量，泊松比mp,prxy,2,0.27csys,0!设置当前坐标系为迪卡尔坐标系k,1, !定义轧辊模型中的各个关键点k,2,1510, k,3,1510,-494.5955, k,4,1510,-630, k,5,800,-630, k,6,800,-494.5955, k,7,650,-440, k,8,0,-385,k,9,1510,-680, k,10,1510,-725, k,11,1510,-950, k,12,343,-950, k,13,343,-725,k,14,615,-725, k,15,615,-680, k,16,800,-680,k,1001,1510,-630, k,1002,800,-630, a,1,2,3,6,7,8,!为满足扫掠生成实体的要求而划分的5个中间截面a,3,4,5,6,a,1001,9,16,1002a,9,10,14,15a,10,11,12,13allsvrotat,1,1,2,360,!为满足扫掠生成实体的要求而创建的20个体vrotat,2,1,2,360vrotat,3,11,12,360vrotat,4,11,12,360vrotat,5,11,12,360kl,58,0.15! 生成两辊接触区中间截面处的关键点kl,78,0.85kl,85,0.3kl,105,0.7kgen,2,71,74,1,-710,0!生成两辊接触区辊颈处的关键点lstr,71,75!生成接触区轮廓线 lstr,72,76lstr,73,77lstr,74,78allskl,101,0.1954, ! 生成工作辊轧制区的轮廓线kl,101,0.0598,lgen,2,101,-500,0kgen,2,79,80,1,-500,0lstr,79,83lstr,80,84lsbl,158,159allskl,101,0.1954,lstr,79,83lsbl,161,160kl,101,0.0598,lstr,80,84ldele,162lsel,s,158,159,1lsel,a,163asbl,61,all!用生成的轮廓线划分出加载面allsasbl,101,160allsasbl,45,155!划分出两辊之间的接触面asbl,66,157asbl,30,154asbl,51,156allsvsel,s,1,8!将支承辊的体块粘贴在一起vglue,allallsvsel,s,9,20!将工作辊的体块粘贴在一起vglue,allallstype,4!选定划分加载面的单元为此前定义过的shell63单元real,3lsel,s,92,101,9 lsel,a,159,163,4lesize,all,3!轴向尺寸为3mmallslsel,s,158,162,2lesize,all,25!将圆周向尺寸25等分amesh,61,103,42!执行用壳单元划分加载面的命令allstype,4!用壳单元划分两辊中间截面real,3asel,s,6,24,6!开始对支撑辊中间截面的壳单元划分的操作aesize,all,100!控制外圈面上尺寸allsmshkey,1!划分方式：映射asel,s,6,24,6amesh,alllsel,s,105,161,56lesize,all,20!控制内圈面上尺寸allsmat,2mshkey,2!优先划分方式：映射asel,s,112,116,2asel,a,109aesize,all,60amesh,all!执行划分面指令allsvatt,2,1,1!选定单元类型以及材料特性和对应的实常数vsel,s,1,4,1vsel,a,21,24,1esize,80,0!控制支承辊体单元尺寸vsweep,all!扫掠生成支承辊体单元allsasel,s,34,42,4!开始对工作辊中间截面的壳单元划分的操作asel,a,29 asel,a,44,119,75asel,a,122,125,3aesize,all,100!控制外圈面上尺寸mshkey,1!划分方式：映射mat,1amesh,allallslsel,s,58,78,20lesize,all,20!控制内圈面上尺寸allsmat,1mshkey,2!优先划分方式：映射asel,s,48,63,5aesize,all,60amesh,allallsvatt,1,1,1vsel,s,9,12,3vsel,a,25,28,1esize,80,0vsweep,all!扫掠生成工作辊体单元allsvsel,s,5,8,1esize,60,0vsweep,all!扫掠生成工作辊体单元allsvsel,s,10,11,1mshape,1,3dmshkey,0vmesh,all!自由方式划分包含加载面的两个体块allsasel,s,6,24,6!删除冗余的壳单元asel,a,112,116,2asel,a,44,109,65asel,a,34,42,4asel,a,29asel,a,48,63,5asel,a,119,125,3aclear,allallselasel,s,66,101,35!开始生成接触对的操作nsla,s,1!将所选定的面上的所有节点选中cm,surf1,node type,3!选定TARGE170单元及实常数real,1esurf!创建目标面接触allsasel,s,30,45,15nsla,s,1cm,surf2,nodetype,2!选定CONTA174单元及实常数real,1esurf!创建接触面接触alls/solu!进入求解模块antype,0!静态分析nlgeom,on!非线性大变形nsubet,2!载荷的施加分为两个子步实施asel,s,6,24,6asel,a,112,116,2asel,a,44,109,65asel,a,34,42,4asel,a,29asel,a,48,63,5asel,a,119,125,3da,all,ux,da,all,uz, ,!在中间截面施加轴向和水平径向的约束allsnsel,s,1550,1551,1nsel,a,1599,1600,1nsel,a,1825,1826,1d,all,uy,uz, !在支承辊辊颈安装动压油膜轴承的位置施加垂直和水平径向的约束allsf,8753,fy,1.2e6!施加弯辊力注：加载部分只需在自由网格划分方式加载部分程序中找到下两行语句，并将其中的52改为61，63改为103然后调入运行即可。asel,s,52!-asel,s,63!-3.b=1000mm,J=1200KN，相对压下率为1/3时，采用扫掠生成体单元的程序在第二个程序的前处理部分中将所有kl,101,0.1954,语句中的0.1954改为0.1662，其他前处理程序沿用，求解模块的程序段如下所示：/solu!进入求解模块antype,0!静态分析nlgeom,on!非线性大变形nsubet,2!载荷的施加分为两个子步实施asel,s,6,24,6asel,a,112,116,2asel,a,44,109,65asel,a,34,42,4asel,a,29asel,a,48,63,5asel,a,119,125,3da,all,ux,da,all,uz, !在中间截面施加轴向和水平径向的约束allsnsel,s,1445,1446,1nsel,a,1494,1495,1nsel,a,1720,1721,1d,all,uy,uz, !在支承辊辊颈安装动压油膜轴承的位置施加垂直和水平径向的约束allsf,8636,fy,1.2e6!施加弯辊力轧制力加载区只需将定义参数h1和alfa的语句改为h1=43.333alfa=0.261然后调用第二个程序即可。4.后处理程序此处提供的后处理程序均是按照第三个模型编写的，使用在其他程序段上时，请注意节点代号的改变。/POST1!进入通用后处理器 SET,LAST!从数据库中读如最后一个子步PLDISP,2!变形显示方式为第三种，显示变形后的情况以及未变形的边缘1). 查看工作辊的变形VSEL,S,5,12,1!查看工作辊的变形VSEL,A,25,28,1ESLV,SEPLOT/EFACE,1AVPRIN,0, , PLNSOL,U,Y,0,1 !查看y方向的变形/VIEW, 1 ,-1 !底视图 ALLS2). 轧辊截面的变形图VSEL,S,27,28,1!轧辊截面的变形VSEL,A,7,8,1VSEL,A,11,12,1ESLV,SEPLOT/EFACE,1AVPRIN,0, , PLNSOL,U,Y,0,1 !查看y方向的变形/VIEW, 1 ,-1 !右视图ALLS3). 查看接触面上的接触压应力分布ESEL,S,ENAME,CONTA174!查看接触面上的接触应力EPLOT/EFACE,1AVPRIN,0, , PLNSOL,CONT,PRES,0,1/VIEW, 1 ,1,1,1 !ISO视角ALLS4). 轧辊挠曲线NSEL,S,631,1672,1041!定义路径查看挠曲线PATH,PATH1,2,30,20, !路径的创建是依据节点选取的，对于不同的工况，节点的编号是不同！的，注意变换PPATH,ALL,1PATH,STAT PATH,PATH1 AVPRIN,0,0, PDEF,F1,U,Y,AVG !将路径上各个节点的y方向变形情况映射到路径上/PBC,PATH, ,0 PLPATH,F1ALLS5). 弹性压扁图形的查看PCALC,ADD,TXYB,YG,F2,1,-1,950,!路径数据相加，950是参考坐标与实际位移之间的差值 PLPATH,TXYB 6). !接触变形以及轧件凸度曲线的查看方法同步骤4)、5)共页第 10 页装订线摘要热连轧机组承担着生产合格成品带钢的任务。对轧机辊系变形尤其是工作辊变形做出准确的预报和分析，是保证板带材成品截面形状及平直度的先决条件。本课题的主要内容就是要利用大型通用有限元分析软件ANSYS来模拟实际生产的情况并加以分析。具体则体现在以下四个方面：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。关键词：热连轧, 辊系变形, 有限元分析, ANSYS AabstractThe hot strip mill is taking to produce eligible strip production in hand .So the exact prediction and analysis of the deflection status of mill roller, especially for work roll is very important. It is a precondition of improving the profile and the flatness of strip.this articles research topic is how to simulate the real condition of production and analysis them with the international using software: ANSYS. Concretely say, it contains the following four aspect:One. On the precondition of mastering ANSYS,establish a suitable model based on the deformation characteristic of 4-high mill which can satisfy the precision of calculation and analysis request.Two. Solve the problem on the aspect of contact and nonlinear loading compatibly, to make sure that the simulation level of model can be elevated.Three. Analyse influence factors action on rolling,using Post-processors function which ANSYS offered, and do research about the result of Post-processor.Four. Learn to use APDL (ANSYS Parametric Language) to design and analysis these problems. Keywords: Hot Continuous Rolling, Deflection of rolls, Finite elements analysis, ANSYS目录1、绪论- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 1 1.1 四辊轧机发展情况概论- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 1 1.2 辊系变形计算的常用理论与计算方法 - - - - - - - - - - - - - - - - 11.2.1轧辊变形模型的分类 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 11.2.2 二辊轧机的简支梁模型 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 11.2.3 四辊轧机的简支梁模型 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 31.2.4分割法模型 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -51.2.5 有限元分析理论 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 81.2.6 二维有限元分析模型 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 101.2.7 三维有限元分析模型 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 111.3 ANSYS软件 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 131.3.1 ANSYS的工作原理有限单元法 - - - - - - - - - - - - - - - 131.3.2 ANSYS软件简介- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 141.4 本文主要研究内容及创新 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 162、模型设计与计算- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 17 2.1辊系模型的建立- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 172.1.1 设计原理- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -172.1.2 模型设计- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -172.2接触区域的划分- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -19 2.2.1 设计原理- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -19 2.2.2 模型设计- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -202.3分析模型的建立- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -232.3.1 单元的选取- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 232.3.2 材料特性的定义- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -24 2.3.3 模型设计 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 24 2.4 边界条件的确定及加载- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 282.4.1边界条件的确定- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -282.4.2 加载- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 283、结果后处理- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 31 3.1 辊系变形情况- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -32 3.2支承辊和工作辊的挠曲线- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 38 3.3 支承辊和工作辊的弹性压扁曲线- - - - - - - - - - - - - - - - - - -44 3.4 接触面上的接触压力分布- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 47 3.5 绘制轧件表面变形曲线- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 52 3.6 图形数据分析- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -54 3.6.1 对辊系变形情况的分析- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -543.6.2. 支承辊和工作辊的挠度分析- - - - - - - - - - - - - - - - - - -553.6.3 弹性压扁曲线的计算分析- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -573.6.4 接触面接触应力的分析- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -583.6.5板带凸度分析- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -593.6.6综合分析- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -59结论- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 60致谢- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 61主要参考文献- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 62共页第 3 页装订线ANSYS程序清单工作环境：17显示器，1024*768分辨率，32位色；1. 7G Celeron CPU;368M DDR内存；60G硬盘（7200转）；16M显示卡；1.自由网格划分适用模型Finish/clear!清空ANSYS界面中的历史操作/prep7!进入前处理模块ET,1,SOLID185!定义体单元的类型ET,2,CONTA173! 定义接触单元的类型ET,3,TARGE170! 定义接触对中目标单元的类型ET,4,SHELL63! 定义加载区以及扫掠用壳单元的类型R,1R,2R,3,0.1!分配实常数MP,EX,1,1.5e5 !定义工作辊的材料属性：杨氏模量，泊松比 MP,PRXY,1,0.27MP,EX,2,1.75e5! 定义支承辊的材料属性：杨氏模量，泊松比MP,PRXY,2,0.27CSYS,0!设置当前坐标系为迪卡尔坐标系K,1, !定义轧辊模型中的各个关键点K,2,1510, K,3,1510,-630, K,4,800,-630, K,5,800,-494.5955, K,6,650,-440, K,7,0,-385,K,8,1510,-950, K,9,343,-950, K,10,343,-725, K,11,615,-725, K,12,615,-680, K,13,800,-680,K,1001,1510,-630, K,1002,800,-630, A,1,2,3,4,5,6,7,1!由点直接生成支承辊截面A,1001,8,9,10,11,12,13,1002,1001!由点直接生成工作辊截面VROTAT,1,1,2,360, !旋转生成支承辊VROTAT,2,8,9,360,! 旋转生成工作辊KL,22,0.15, ,!生成两辊接触区中间截面处的关键点KL,49,0.85, ,KL,61,0.3, , KL,93,0.7, ,KGEN,2,47,50,1,-710,0!生成两辊接触区辊颈处的关键点LSTR, 51, 47!生成接触区轮廓线 LSTR, 49, 53LSTR, 52, 48LSTR, 50, 54KL,87,0.1954, , ! 生成工作辊轧制区的关键点KL,87,0.0598, ,LGEN,2,87,-500,0! 生成工作辊轧制区的轮廓线KGEN,2,55,56,1,-500,0LSTR, 55, 59 LSTR, 56, 60LSBL, 103, 104!KL,87,0.1954, , LSTR, 55, 59 LSBL, 106, 105KL,87,0.0598, , LSTR, 56, 60LDELE, 107 !删除线划分线时多余的线段LSEL,S,103,104,1LSEL,A,108ASBL, 52, ALL!用生成的轮廓线划分出加载面ALLSASBL, 61, 105!划分出两辊接触区的接触面ASBL, 25, 101ASBL, 60, 102ASBL, 4, 99ASBL, 36, 100VGLUE,1,2,3,4,VGLUE,5,6,7,8,!完成对实体模型的建立TYPE,4!选定划分加载面的单元为此前定义过的shell63单元REAL,3LSEL,S,73,87,14!划分加载区的单元尺寸LSEL,A,104,108,4LESIZE,ALL,3!轴向尺寸为3mmALLSLSEL,S,103,107,2LESIZE,ALL,20!将圆周向尺寸20等分AMESH,52,63,11!执行用壳单元划分加载面的命令ALLSESIZE, 120, 0,!定义体单元尺寸ASEL,S,60,61,1AESIZE,ALL,20!细化接触对目标面上网格大小ALLSMSHAPE,1,3D !体单元划分方式：自由MSHKEY,0VATT,1!选定体单元类型VSEL,S,1,4,1VMESH,ALL!划分支承辊体单元ALLSASEL,S,4,25,21AESIZE,ALL,20!细化接触面上网格大小ALLSVATT,1,1,1!选定单元类型以及材料特性和对应的实常数VSEL,S,5,8,1 VMESH,ALL!划分工作辊体单元ALLSASEL,S,60,61,1!创建接触对NSLA,S,1!将所选定的面上的所有节点选中CM,SURF1,NODETYPE,3!选定TARGE170单元及实常数REAL,1ESURF!在表面创建接触ALLSASEL,S,4,25,21NSLA,S,1CM,SURF2,NODETYPE,2!选定CONTA173单元及实常数REAL,1ESURF!接触对创建完成ALLS /SOLU!进入求解模块ANTYPE,0!静态分析NLGEOM,ON!非线性大变形NSUBET,2!载荷的施加分为两个子步实施ASEL,S,3,24,7ASEL,A,30,54,8DA,ALL,UX,DA,ALL,UZ,!在中间截面施加轴向和水平径向的约束NSEL,S,2614,2615,1D,ALL,UY,UZ,!在支承辊辊颈安装动压油膜轴承的位置施加垂直和水平径向的约束ALLSF,5609,FY,1.2e6!施加弯辊力Finish!施加轧制力/SOLUALLSk=85!参数定义pi=3.14h0=65h1=35alfa=0.307r1=630r2=320asel,s,52 !-esla,snsla,s,1!选定前滑区加载面上所有的节点*get,enmax,elem,num,max*get,enmin,elem,num,min!获取面上所有单元的最大和最小的编号fcum,add!采用累加方式施加载荷*do,i,enmin,enmax*if,esel(i),eq,1,then!防止节点号不连续，从最小节点号到最大节点号之间有些节点不在需选!择之列*get,ae,elem,i,area!获取单元真实面积ye=centry(i) 获取单元中心Y坐标ze=centrz(i) 获取单元中心Z坐标ls1=abs(ye)!为方便表达，定义参数ls2=abs(ze)ls3=ls1-r1-r2ls4=ls2/ls3thita=atan(ls4)h_thita=2*r2*(1-cos(thita)+h1p_thita=(pi/4*log(h_thita/h0)+pi/4+sqrt(r2/h1)*atan(sqrt(r2/h1)*alfa)-sqrt(r2/h1)*atan(sqrt(r2/h1)*thita)*k!入口至中性面之间的单位压力公式sfe,i,pres,p_thita*endif*enddo!结束循环allsasel,s,63 !-esla,snsla,s,1*get,enmax,elem,num,max*get,enmin,elem,num,minfcum,add*do,i,enmin,enmax*if,esel(i),eq,1,then*get,ae,elem,i,areaye=centry(i)ze=centrz(i)ls1=abs(ye)ls2=abs(ze)ls3=ls1-r1-r2ls4=ls2/ls3!此处并非是ls1thita=atan(ls4)h_thita=2*r2*(1-cos(thita)+h1p_thita=(pi/4*log(h_thita/h1)+pi/4+sqrt(r2/h1)*atan(sqrt(r2/h1)*thita)*k!出口至中性面之间的单位!压力公式sfe,i,pres,p_thita*endif*enddoalls2.b=1000mm,J=1200KN，相对压下率为50%时，采用扫掠生成体单元的程序Finish/clear/prep7et,1,solid185!定义体单元的类型et,2,conta174! 定义接触单元的类型et,3,targe170! 定义接触对中目标单元的类型et,4,shell63! 定义加载区以及扫掠用壳单元的类型r,1r,2r,3,0.1!分配实常数mp,ex,1,1.5e5!定义工作辊的材料属性：杨氏模量，泊松比mp,prxy,1,0.27mp,ex,2,1.75e5!定义支承辊的材料属性：杨氏模量，泊松比mp,prxy,2,0.27csys,0!设置当前坐标系为迪卡尔坐标系k,1, !定义轧辊模型中的各个关键点k,2,1510, k,3,1510,-494.5955, k,4,1510,-630, k,5,800,-630, k,6,800,-494.5955, k,7,650,-440, k,8,0,-385,k,9,1510,-680, k,10,1510,-725, k,11,1510,-950, k,12,343,-950, k,13,343,-725,k,14,615,-725, k,15,615,-680, k,16,800,-680,k,1001,1510,-630, k,1002,800,-630, a,1,2,3,6,7,8,!为满足扫掠生成实体的要求而划分的5个中间截面a,3,4,5,6,a,1001,9,16,1002a,9,10,14,15a,10,11,12,13allsvrotat,1,1,2,360,!为满足扫掠生成实体的要求而创建的20个体vrotat,2,1,2,360vrotat,3,11,12,360vrotat,4,11,12,360vrotat,5,11,12,360kl,58,0.15! 生成两辊接触区中间截面处的关键点kl,78,0.85kl,85,0.3kl,105,0.7kgen,2,71,74,1,-710,0!生成两辊接触区辊颈处的关键点lstr,71,75!生成接触区轮廓线 lstr,72,76lstr,73,77lstr,74,78allskl,101,0.1954, ! 生成工作辊轧制区的轮廓线kl,101,0.0598,lgen,2,101,-500,0kgen,2,79,80,1,-500,0lstr,79,83lstr,80,84lsbl,158,159allskl,101,0.1954,lstr,79,83lsbl,161,160kl,101,0.0598,lstr,80,84ldele,162lsel,s,158,159,1lsel,a,163asbl,61,all!用生成的轮廓线划分出加载面allsasbl,101,160allsasbl,45,155!划分出两辊之间的接触面asbl,66,157asbl,30,154asbl,51,156allsvsel,s,1,8!将支承辊的体块粘贴在一起vglue,allallsvsel,s,9,20!将工作辊的体块粘贴在一起vglue,allallstype,4!选定划分加载面的单元为此前定义过的shell63单元real,3lsel,s,92,101,9 lsel,a,159,163,4lesize,all,3!轴向尺寸为3mmallslsel,s,158,162,2lesize,all,25!将圆周向尺寸25等分amesh,61,103,42!执行用壳单元划分加载面的命令allstype,4!用壳单元划分两辊中间截面real,3asel,s,6,24,6!开始对支撑辊中间截面的壳单元划分的操作aesize,all,100!控制外圈面上尺寸allsmshkey,1!划分方式：映射asel,s,6,24,6amesh,alllsel,s,105,161,56lesize,all,20!控制内圈面上尺寸allsmat,2mshkey,2!优先划分方式：映射asel,s,112,116,2asel,a,109aesize,all,60amesh,all!执行划分面指令allsvatt,2,1,1!选定单元类型以及材料特性和对应的实常数vsel,s,1,4,1vsel,a,21,24,1esize,80,0!控制支承辊体单元尺寸vsweep,all!扫掠生成支承辊体单元allsasel,s,34,42,4!开始对工作辊中间截面的壳单元划分的操作asel,a,29 asel,a,44,119,75asel,a,122,125,3aesize,all,100!控制外圈面上尺寸mshkey,1!划分方式：映射mat,1amesh,allallslsel,s,58,78,20lesize,all,20!控制内圈面上尺寸allsmat,1mshkey,2!优先划分方式：映射asel,s,48,63,5aesize,all,60amesh,allallsvatt,1,1,1vsel,s,9,12,3vsel,a,25,28,1esize,80,0vsweep,all!扫掠生成工作辊体单元allsvsel,s,5,8,1esize,60,0vs

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