Hypermesh四辊精轧机轧制过程的机架强度的数值计算(2)

菜单

3.5.2机架应力分析 20

小结 24

致谢 26

参考文献 27

1 引言

1.1 轧机的发展概况

轧钢生产是将钢锭或钢坯轧制成钢材的生产环节[2]。用轧制方法生产钢材，具有生产率高、品种多、生产过程连续性强、易于实现机械化自动化等优点。因此，它比锻造、挤压、拉拔等工艺得到更广泛地应用。目前，约有90%的刚都是经过轧制成材。有色金属成材，主要也用轧制方法[1]。通常把使轧件产生塑性变形的机器称为轧钢机[2][3]。轧钢机由工作机座、传动装置（接轴、齿轮座、减速机、联轴器）及主电机组成，这些是轧钢车间主要设备[1]。主机列的类型和特征标志着整个轧钢车间的类型及特点。除轧钢机以外的各种设备，统称轧钢车间辅助设备。辅助设备数量大，种类多、随着车间机械化程度的提高，辅助设备的重量所占比例就愈大[1][2]。论文网

轧机种类很多，按用途可分为开坯轧机、型钢轧机、板带轧机、钢管轧机和特殊轧机（如横轧机、轮箍轧机等），本课题研究的四辊精轧机主要由机架装配、工作辊装配、支承辊装配、压下装置、支承辊平衡、标高调整装置、除鳞导卫装置、平台及栏杆等组成。机架窗口下部设有支承辊升降轨道，配合完成标高调整和支承辊换辊[8]。

1.2 有限元模拟技术在轧制中的应用

有限元法的基本原理是将求解未知场变量的连续介质体划分为有限个单元, 单元用节点连接，每个单元内用插值函数表示场变量，插值函数由节点值确定，单元之间的作用由节点传递，建立物理方程．将全部单元的插值函数集合成整体场变量的方程组，然后进行数值计算。在金属加工领域中应用的有限元法通常称之为塑性有限元法。塑性有限元法是一种近似的计算方法，对于在塑性成型中复杂的边界条件以及复杂的材料性质的结构，它可以通过足够细密的单元剖分来逼近真实情况，具有很高的近似程度，随着计算机的广泛应用，这种方法被广泛应用。目前，根据金属材料本构方程的不同，可将有限元模拟方法分为以下两类[5]。

①弹塑性有限元法

弹塑性有限元法考虑了包括弹性变形的金属变形全过程。以Prandlt-Mises本构方程为基础。在分析金属成型问题时，不仅能按变形路径得到塑性区的发展状况，工件中的应力、应变分布规律和几何形状的变化，而且还能有效地处理卸载问题，计算残余应力。因此，弹塑性有限元法被用于弹性变形无法忽略的成型过程模拟。但弹塑性有限元法要以增量方式加载，尤其在大变形弹塑性问题中，由于要采用Lagrange或Euler描述法之一来描述有限元列式，所以需花费较长的计算时间，效率较低。文献综述

②刚塑性有限元法

刚塑性有限元法忽略了金属变形中的弹性效应，以速度场为基本量，形成有限元列式。这种类型主要有刚塑性有限元法和刚粘塑性有限元法．刚塑性有限元法虽无法考虑弹性变形问题和残余应力问题，但计算程序大大简化。在弹性变形较小甚至可以忽略时，采用刚塑性有限元法可达到较高的计算效率。可将轧辊模拟为弹性体，将轧件模拟为弹塑性、多线性各向同性应变硬化材料并符合Von——Mises屈服准则，这对于热轧型钢过程的模拟比较适宜。借助商业有限元软件ANSYS和Hypermesh，采用大变形弹塑性有限元法和六面体八节点等参元技术，有限元网格的布局根据轧件的变形条件以及轧件断面不同部分的剧烈程度来确定。用八节点六面体等参单元对轧件进行离散以及有限元网格划分．在对称面上施加位移对称约束，轧辊与轧件的接触面采用面—面接触等单元划分网格．建立的有限元基本方程包括应力和应变速率方程、微分平衡方程、体积不可压缩条件及其边界条件[6]。