ANSYS軋輥接觸和彎曲分析項(xiàng)目報(bào)告

1、塑性成形計(jì)算機(jī)仿真三級(jí)項(xiàng)目報(bào)告1. 1750四輥軋機(jī)支承輥彎曲強(qiáng)度分析2. 1750四輥軋機(jī)輥間接觸強(qiáng)度分析小組成員：指導(dǎo)教師：完成日期：2014年5月目錄摘要1項(xiàng)目研究的目的1項(xiàng)目預(yù)期結(jié)果2研究報(bào)告正文21750四輥軋機(jī)支承輥彎曲強(qiáng)度分析21750四輥軋機(jī)輥間接觸強(qiáng)度分析12結(jié)論18摘要:本報(bào)告針對(duì)1750四輥軋機(jī)支承輥彎曲強(qiáng)度和1750四輥軋機(jī)輥間接觸強(qiáng)度展開有限元分析。報(bào)告中采用塑性成形計(jì)算機(jī)仿真研究了軋輥內(nèi)的應(yīng)力分布以及最大應(yīng)力值、發(fā)生位置，校核軋輥是否滿足強(qiáng)度要求，給出軋輥中心撓曲曲線。同時(shí)還給出軋輥內(nèi)接觸應(yīng)力，接觸摩擦應(yīng)力分布以及最大應(yīng)力值，發(fā)生位置，校核支承輥接觸強(qiáng)度是否滿足要求

2、。關(guān)鍵詞：ANSYS分析軟件 支承輥彎曲強(qiáng)度 軋輥輥間接觸強(qiáng)度前言：軋機(jī)工作輥強(qiáng)度是描述軋機(jī)性能的重要參數(shù),軋輥的強(qiáng)度為制定新的合理的軋制規(guī)程提供必要的設(shè)備數(shù)據(jù), 并且為實(shí)現(xiàn)帶鋼厚度的自動(dòng)調(diào)節(jié)及計(jì)算機(jī)控制提供數(shù)據(jù)。所以確定工作輥的強(qiáng)度有很重要的實(shí)際意義。本文針對(duì)1750四輥軋機(jī), 給出軋輥內(nèi)的應(yīng)力分布以及最大應(yīng)力值、發(fā)生位置，校核軋輥是否滿足強(qiáng)度要求, 為軋機(jī)的設(shè)計(jì)及改造提供理論依據(jù)項(xiàng)目研究報(bào)告的目的：塑性成形計(jì)算機(jī)仿真三級(jí)項(xiàng)目，以有限元法在軋制工程中的應(yīng)用為核心，通過塑性成形計(jì)算機(jī)仿真三級(jí)項(xiàng)目使學(xué)生加深對(duì)有限元法的理解，通過ANSYS軟件的上機(jī)模擬操作，鍛煉學(xué)生運(yùn)用有限元法進(jìn)行一般工程問題分

3、析的能力。通過三維建模，理論模型建立，分析求解以及驗(yàn)證能力的鍛煉。培養(yǎng)學(xué)生掌握使用先進(jìn)有限元軟件進(jìn)行現(xiàn)代化工程優(yōu)化設(shè)計(jì)與分析的技能。通過項(xiàng)目的實(shí)施，引導(dǎo)學(xué)生積極思考、主動(dòng)學(xué)習(xí)的能力，鍛煉和提高學(xué)生的交流、溝通和表達(dá)能力以及團(tuán)隊(duì)合作能力，培養(yǎng)學(xué)生的責(zé)任感和職業(yè)道德。項(xiàng)目研究報(bào)告的范圍：該報(bào)告論述了有限元法在軋制工程中的應(yīng)用實(shí)例，包括（1）、1750四輥軋機(jī)支承輥彎曲強(qiáng)度分析，其中包含三維模型的簡(jiǎn)化以及建立過程，應(yīng)力分布、位移分布（縱向、橫向）以及最大應(yīng)力值、發(fā)生位置的分析研究，以及對(duì)軋輥是否滿足強(qiáng)度要求的校核。（2）、1750四輥軋機(jī)軋制過程有限元分析過程，其中包含軋制過程有限元模型簡(jiǎn)化以及建立

4、過程，以及軋制過程中，軋制變形區(qū)的壓力分布、輥間接觸強(qiáng)度，和軋制力和軋制力矩計(jì)算與分析。項(xiàng)目研究報(bào)告意圖及預(yù)期目的：通過研究報(bào)告的撰寫，將1750四輥軋機(jī)軋制過程有限元分析過程詳細(xì)明確的表現(xiàn)出來(lái)。對(duì)基于ANSYS的1750四輥軋機(jī)軋制過程的有限元分析進(jìn)一步的總結(jié)和研究。完成1750四輥軋機(jī)軋制過程有限元分析過程結(jié)果的分析以及相關(guān)結(jié)論的總結(jié)。1.對(duì)軋輥進(jìn)行合理網(wǎng)格劃分，以及邊界條件、載荷的施加，給出軋輥內(nèi)的應(yīng)力分布以及最大應(yīng)力值、發(fā)生位置，校核軋輥是否滿足強(qiáng)度要求，給出軋輥中心撓曲曲線。2.按照平面應(yīng)變問題建立工作輥支承輥接觸分析模型，給出軋輥內(nèi)接觸應(yīng)力，接觸摩擦應(yīng)力分布以及最大應(yīng)力值，發(fā)生位置

5、，校核支承輥接觸強(qiáng)度是否滿足要求。項(xiàng)目報(bào)告預(yù)期結(jié)果：（1）、通過項(xiàng)目報(bào)告的研究，1750四輥軋機(jī)支承輥彎曲強(qiáng)度分析；（2）、通過項(xiàng)目報(bào)告的實(shí)施，完成1750四輥軋機(jī)輥間接觸強(qiáng)度的有限元分析結(jié)果的討論及總結(jié)；項(xiàng)目組分工：(1)、1750四輥軋機(jī)工作輥的三維模型的簡(jiǎn)化及創(chuàng)建；1750四輥軋機(jī)支承輥彎曲強(qiáng)度分析過程；（金志杰）（2）、1750四輥軋機(jī)輥間接觸強(qiáng)度有限元分析過程（王毓博）（3）、塑性成形計(jì)算機(jī)仿真三級(jí)項(xiàng)目研究報(bào)告的撰寫（王壽河）（4）、塑性成形計(jì)算機(jī)仿真匯報(bào)PPT的制作（劉立朝）研究報(bào)告正文一、 項(xiàng)目開展的研究?jī)?nèi)容的基本理論：計(jì)算機(jī)有限元分析二、 項(xiàng)目研究所采用的分析方法及工具本次項(xiàng)目

6、研究主要采用的是有限元法分析法，其中主要運(yùn)用了INVENTOR進(jìn)行三維實(shí)體建模，以及ANSYS進(jìn)行1750四輥軋機(jī)軋制過程的分析三、 項(xiàng)目分析步驟（一）、1750四輥軋機(jī)支承輥彎曲強(qiáng)度分析1 問題介紹最大軋制力：2000噸；最大軋制力矩：3000KN.m軋輥材料：9Cr2Mo，許用應(yīng)力；軋輥參數(shù)：見圖紙；輥面硬度：工作輥 HS=9050；支承輥 HS=5060；支承輥許用接觸正應(yīng)力；支承輥許用接觸切應(yīng)力。具體分析步驟及結(jié)果如下：一、1750四輥軋機(jī)支承輥彎曲強(qiáng)度分析在生產(chǎn)當(dāng)中必須知道在輥身或軋輥中間位置至軋輥中間位置至其邊緣間的撓度值，以便在此基礎(chǔ)上在磨床上磨制輥形時(shí)使其獲得所需的凸度，從而保

7、證鋼板在寬度上厚度均勻。由于軋輥負(fù)荷的對(duì)稱性，為了分析其彎曲強(qiáng)度，可以只考慮半個(gè)軋輥，從而利用ANSYS對(duì)軋輥進(jìn)行合理網(wǎng)格劃分，以及邊界條件、載荷的施加，給出軋輥內(nèi)的應(yīng)力分布以及最大應(yīng)力值、發(fā)生位置，校核軋輥是否滿足強(qiáng)度要求，給出軋輥中心撓曲曲線。(a) 有限元模型創(chuàng)建1）二維模型創(chuàng)建及導(dǎo)入?yún)⒄哲堓伒脑紙D形，對(duì)其尺寸進(jìn)行簡(jiǎn)化，用CAXA繪制出如下圖形，另存為igs格式，準(zhǔn)備導(dǎo)入。導(dǎo)入到ANSYS程序中：最后繪制平面如圖： 2）單元類型的選取設(shè)定Mesh facet 200和solid 45兩個(gè)單元類型，并且設(shè)置mesh200單元options，單元形狀和節(jié)點(diǎn)數(shù)K1設(shè)置為 QUAD 4-NOD

8、E。3）定義材料屬性軋輥材料：9Cr2Mo，查閱書籍可得軋輥的彈性模量為210000Mpa， 泊淞比0.3，由此對(duì)軋輥進(jìn)行材料屬性設(shè)置。4）網(wǎng)格劃分平面網(wǎng)格拉伸為體網(wǎng)格：沿中心延伸軸175度：最終得沿軸向延伸后的圖形為：(b) 加載與求解（模型的簡(jiǎn)化、邊界條件的施加、分析類型及主要求解選項(xiàng)等）軋輥承受的載荷主要為：輥身承受的均布載荷以及輥頸所承受的支撐力，由于導(dǎo)入的模型均為軋輥的四分之一，即承受的面力和支撐力均為2000/4=500t輥身承受的均布載荷：pressure=5000000/受力面積 輥頸承受的支撐力：force=5000000/節(jié)點(diǎn)數(shù) 施加載荷：施加節(jié)點(diǎn)力：施加對(duì)稱約束：施加位移

9、約束：對(duì)軋輥對(duì)稱面上的中心點(diǎn)施加位移約束，設(shè)定UY方向的位移為0，點(diǎn)擊Current LS，確認(rèn)信息，進(jìn)行求解。 (c) 結(jié)果后處理（包括位移云圖、應(yīng)力應(yīng)變圖、危險(xiǎn)位置及其應(yīng)力特征，零件是否安全判定）1）軋輥?zhàn)冃螆D：2）Y方向的位移圖3）等效應(yīng)力：由mises應(yīng)力分布圖可得，軋輥?zhàn)畲蟮膽?yīng)力為281.495Mpa<=2200Mpa ，零件滿足安全強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)。4）繪制中心撓度曲線：結(jié)果分析所得：軋制時(shí)的彎曲力矩絕大部分由支承輥承擔(dān)，因此對(duì)支承輥的強(qiáng)度校核就變得尤為重要，在計(jì)算支承輥時(shí)，通常按照承受全部軋制力的情況來(lái)考慮 。 求解結(jié)果中我們可以看到：支撐輥的中間位置具有最大的變形量，而彎曲應(yīng)力最

10、大值為輥頸和輥身接觸的位置，因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)支承輥時(shí)，要特別注意這個(gè)位置的強(qiáng)度條件是否滿足。二、1750四輥實(shí)驗(yàn)軋機(jī)輥間接觸強(qiáng)度分析軋輥是軋機(jī)的加工工具，直接承受軋制壓力。一般來(lái)說，軋輥是消耗性的零件，就軋機(jī)整理而言，軋輥的安全系數(shù)最小，因此軋輥強(qiáng)度計(jì)算的內(nèi)容與它的用途、形狀和工作條件等因素有關(guān)。軋輥強(qiáng)度計(jì)算時(shí)扎之力可以看作是沿軋件寬度均布的載荷，根據(jù)受力均勻的等截面體可看做平面應(yīng)變問題，此分析問題按照平面應(yīng)變問題建立工作輥支承輥接觸分析模型，給出軋輥內(nèi)接觸應(yīng)力，接觸摩擦應(yīng)力分布以及最大應(yīng)力值，發(fā)生位置，校核支承輥接觸強(qiáng)度是否滿足要求。給出工作輥與支承輥接觸區(qū)寬度。(a) 有限元模型創(chuàng)建（包括二維模

11、型創(chuàng)建、單元類型選取、實(shí)常數(shù)、材料屬性定義及網(wǎng)格劃分、接觸問題接觸對(duì)的創(chuàng)建等）1）單元類型的選?。?）分析類型的選擇：3）實(shí)常數(shù)的設(shè)定：4）二維模型的創(chuàng)建：5）網(wǎng)格的劃分及細(xì)化6）接觸對(duì)的創(chuàng)建：(b) 加載與求解（模型的簡(jiǎn)化、邊界條件的施加、分析類型及主要求解選項(xiàng)等）1）節(jié)點(diǎn)耦合考慮到軋制過程中軋輥運(yùn)動(dòng)時(shí)受力和位移的特點(diǎn)，將軋輥上邊界節(jié)點(diǎn)耦合，認(rèn)為其位移和受力具有統(tǒng)一性,方便之后的后處理求解。2）施加Y方向位移約束：3）施加對(duì)稱約束：分析軋輥輥間接觸強(qiáng)度時(shí)由于軋輥幾何形狀的對(duì)稱性，將分析對(duì)象簡(jiǎn)化，只分析支承輥和工作輥的四分之一，因此對(duì)軋輥進(jìn)行約束時(shí)要對(duì)其進(jìn)行對(duì)稱約束。4）施加載荷：5）求解器控制設(shè)置：(c) 結(jié)果后處理（包括位移云圖、應(yīng)力應(yīng)變圖、接觸應(yīng)力云圖等，危險(xiǎn)位置及其應(yīng)力特征，零件是否安全判定，改進(jìn)措施及方法等）1）Y方向的位