ANSYS轧辊接触分析.docx

摘要：通过对四辊实验轧机的机械组成及轧制过程的基本原理研究，选取本组项目课题主要为：1、350四辊实验轧机支承辊弯曲强度分析；2、350四辊轧机辊间接触强度分析。利用ANSYS软件对350四辊实验轧机轧辊进行有限元建模，完成各种需要的强度分析，从而使我们具备运用有限元法进行一般工程问题分析的能力。关键字：ANSYS分析软件 支承辊弯曲强度 轧辊辊间接触强度前言：一、项目目的和内容三级项目以有限元法在轧制工程中的应用为核心，通过该项目的实施使我们加深对有限元法的理解，并初步具备运用有限元法进行一般工程问题分析的能力，包括三维建模能力、理论模型建立能力、分析求解和验证能力等，掌握使用先进有限元软件进行现代化工程优化设计与分析的技能，以增强我们积极思考、主动学习，锻炼和提高学生的交流、沟通和表达能力以及团队合作能力，培养我们自身的责任感和职业道德。利用ANSYS软件分别完成轧制过程、四辊轧机轧辊、机架、压下装置、平衡装置及矫直机下工作辊的有限元建模与强度分析。通过项目实施，掌握有限元软件ANSYS的基本操作及利用有限元软件进行工程优化设计与分析的基本技能，为二级项目和毕业设计奠定基础。本组选择课题为：1.350四辊实验轧机支承辊弯曲强度分析；2. 350四辊实验轧机辊间接触强度分析；二、任务要求本组由组长进行分配工作，陈震负责查阅相关研究资料，对研究成果信息进行整合；李保根和苏聪分别进行350四辊实验轧机支承辊和辊间接触零件图的三维建模及有限元分析，同时完成了相关汇报PPT的制作；张彩云和陈蔚音负责校验最后的设计合理性，并完成最后的项目成果整合以及项目说明书的制作。具体包括下述内容：（1）相关资料的查阅；（2）零件图三维建模；（3）单元类型选择与网格划分；（4）边界条件施加及求解；（5）结果后处理，位移、变形、应力等结果提取；（6）设计是否合理判定及改进措施；（7）项目研究报告及答辩用PPT。正文：利用三维设计软件和ANSYS结合起来完成对所需求解工程问题的分析，其中项目的技术参数如下：最大轧制力：200吨；轧辊参数：见图纸；工作辊与支承辊之间接触宽度由辊间接触强度分析确定；轧辊材料：9Cr2Mo，许用应力；辊面硬度：工作辊 HS=9050； 支承辊 HS=5060；支承辊许用接触正应力；支承辊许用接触切应力。具体分析步骤及结果如下：一、350四辊轧机支承辊弯曲强度分析在生产当中必须知道在辊身或轧辊中间位置至轧辊中间位置至其边缘间的挠度值，以便在此基础上在磨床上磨制辊形时使其获得所需的凸度，从而保证钢板在宽度上厚度均匀。由于轧辊负荷的对称性，为了分析其弯曲强度，可以只考虑半个轧辊，从而利用ANSYS对轧辊进行合理网格划分，以及边界条件、载荷的施加，给出轧辊内的应力分布以及最大应力值、发生位置，校核轧辊是否满足强度要求，给出轧辊中心挠曲曲线。(a) 有限元模型创建1）二维模型创建及导入参照轧辊的原始图形，对其尺寸进行简化，用CAXA绘制出如下图形，另存为igs格式，准备导入。导入到ANSYS程序中：最后绘制平面如图：2）单元类型的选取设定Mesh facet 200和solid 45两个单元类型，并且设置mesh200单元options，单元形状和节点数K1设置为 QUAD 4-NODE。 3）定义材料属性轧辊材料：9Cr2Mo，查阅书籍可得轧辊的弹性模量为210000Mpa， 泊淞比0.3，由此对轧辊进行材料属性设置。4）网格划分平面网格拉伸为体网格：沿中心延伸轴175度：沿中心轴延伸15度：最终得沿轴向延伸后的图形为：(b) 加载与求解（模型的简化、边界条件的施加、分析类型及主要求解选项等）轧辊承受的载荷主要为：辊身承受的均布载荷以及辊颈所承受的支撑力，由于导入的模型均为轧辊的四分之一，即承受的面力和支撑力均为200/4=50t辊身承受的均布载荷：pressure=500000/受力面积 辊颈承受的支撑力：force=500000/节点数 施加载荷：施加节点力：施加对称约束：施加位移约束：对轧辊对称面上的中心点施加位移约束，设定UY方向的位移为0，点击Current LS，确认信息，进行求解。 (c) 结果后处理（包括位移云图、应力应变图、危险位置及其应力特征，零件是否安全判定）1）轧辊变形图：2）Y方向的位移图3）等效应力：与轧辊许用正应力值进行比较由mises应力分布图可得，轧辊最大的应力为277.192Mpa=2200Mpa ，零件满足安全强度标准。4）绘制中心挠度曲线：结果分析所得：轧制时的弯曲力矩绝大部分由支承辊承担，因此对支承辊的强度校核就变得尤为重要，在计算支承辊时，通常按照承受全部轧制力的情况来考虑 。 求解结果中我们可以看到：支撑辊的中间位置具有最大的变形量，而弯曲应力最大值为辊颈和辊身接触的位置，因为在设计支承辊时，要特别注意这个位置的强度条件是否满足。 二、350四辊实验轧机辊间接触强度分析轧辊是轧机的加工工具，直接承受轧制压力。一般来说，轧辊是消耗性的零件，就轧机整理而言，轧辊的安全系数最小，因此轧辊强度计算的内容与它的用途、形状和工作条件等因素有关。轧辊强度计算时扎之力可以看作是沿轧件宽度均布的载荷，根据受力均匀的等截面体可看做平面应变问题，此分析问题按照平面应变问题建立工作辊支承辊接触分析模型，给出轧辊内接触应力，接触摩擦应力分布以及最大应力值，发生位置，校核支承辊接触强度是否满足要求。给出工作辊与支承辊接触区宽度。(a) 有限元模型创建（包括二维模型创建、单元类型选取、实常数、材料属性定义及网格划分、接触问题接触对的创建等）1）单元类型的选取：2）分析类型的选择：3）实常数的设定：4）二维模型的创建：5）网格的划分及细化6）接触对的创建：(b) 加载与求解（模型的简化、边界条件的施加、分析类型及主要求解选项等）1）节点耦合考虑到轧制过程中轧辊运动时受力和位移的特点，将轧辊上边界节点耦合，认为其位移和受力具有统一性,方便之后的后处理求解。2）施加Y方向位移约束：3）施加对称约束：分析轧辊辊间接触强度时由于轧辊几何形状的对称性，将分析对象简化，只分析支承辊和工作辊的四分之一，因此对轧辊进行约束时要对其进行对称约束。4）施加载荷：5）求解器控制设置：(c) 结果后处理（包括位移云图、应力应变图、接触应力云图等，危险位置及其应力特征，零件是否安全判定，改进措施及方法等）1）Y方向的位移云图：2）等效应力图：3）应力最大节点及最大应力值：经过强度分析校核可