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重轨水平矫直数值模拟研究

作　者: 丁德欣
导　师: 宋华
学　校: 辽宁科技大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 重轨矫直数值模拟残余应力平直度
分类号: TG335.43
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 113次
引　用: 4次
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内容摘要

目前,铁路正在朝着高速化、重载化方向发展。高速重载铁路的建设需要高质量的重轨,高速铁路用轨的一个最重要指标就是要求重轨要平直达到标准和轨底残余应力小于250MPa。矫直作为重轨生产的最后一道变形工艺,对重轨残余应力大小及平直度起着决定性的作用。本文主要研究重轨九辊水平矫直过程中残余应力的形成机理和规律,对提高重轨矫直质量,揭示矫直机理及对矫直工艺的制定有重要的理论意义和实际意义。本文以弹塑性有限元理论为基础,利用显式动力学软件ANSYS╱LS-DYNA建立了重轨九辊水平矫直力学模型,以60kg/m重轨为例,动态模拟了重轨九辊水平矫直过程,分析了九辊水平矫直过程七个变形区中重轨应力变化规律及矫直后残余应力的大小和平直度。计算结果表明:矫直过程中轨头为压应力——拉应力交替变化,轨底为拉应力——压应力交替变化。矫直后轨头、轨底为残余拉应力,轨腰为残余压应力,沿着重轨高度方向应力分布呈C字形,平直度满足要求。该力学模型计算结果符合辊式矫直变形规律。本文采用改变其中一个辊压下量,其它三个辊压下量不变的方案,对重轨九辊水平矫直进行多次模拟,通过对比截面应力大小、截面高度和整体应力分布状态及平直度得到各辊最优压下量。然后对各辊的最优压下量组合,对比分析组合后的压下方案,得出最优压下方案。最后采用锯切法对重轨残余应力进行了测量,与数值模拟结果进行了分析比较,验证了应用ANSYS╱LS-DYNA软件模拟重轨九辊水平矫直的可行性和正确性。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第1章绪论  9-19
  1.1 课题背景  9-11
  1.2 课题目的及意义  11-12
  1.3 国内外研究概况  12-15
  1.4 矫直技术的发展概况  15-17
  1.5 课题研究内容  17-18
  1.6 本章小节  18-19
第2章弹塑性弯曲变形及显式动力学有限元法理论  19-37
  2.1 弹塑性弯曲变形理论  19-27
    2.1.1 轧件的弹塑性弯曲变形  19-21
    2.1.2 轧件弹塑性弯曲过程的曲率  21-23
    2.1.3 轧件弹塑性弯曲过程外力矩  23-25
    2.1.4 相对力矩与相对曲率  25-27
  2.2 矫直原理  27-30
    2.2.1 小变形矫直方案  28-29
    2.2.2 大变形矫直方案  29-30
  2.3 显式动力学有限元法理论  30-36
    2.3.1 有限元法概述  31
    2.3.2 弹塑性有限元基本理论  31-33
    2.3.3 动力学问题的有限元法  33-35
    2.3.4 ANSYS/LS-DYNA介绍  35-36
  2.4 本章小节  36-37
第3章重轨水平矫直数值模拟  37-54
  3.1 重轨水平矫直数值模拟步骤  37-42
    3.1.1 模型建立  37-39
    3.1.2 选择单元类型与材料模型  39-40
    3.1.3 网格划分  40
    3.1.4 约束、接触、载荷处理  40-42
    3.1.5 后处理  42
  3.2 重轨水平矫直数值模拟结果分析  42-53
    3.2.1 重轨水平矫直各个变形区应力分析  42-45
    3.2.2 重轨水平矫直截面应力分析  45-51
    3.2.3 重轨水平矫直后平直度分析  51-52
    3.2.4 重轨水平矫直后截面高度分析  52-53
  3.3 本章小节  53-54
第4章不同压下量对矫后重轨质量的影响  54-70
  4.1 重轨水平矫直残余应力的形成及分布  54
  4.2 不同压下量对矫后重轨质量的影响  54-68
    4.2.1 重轨截面残余应力的分析  55-58
    4.2.2 重轨截面高度分析  58-59
    4.2.3 重轨整体残余应力的分析  59-65
    4.2.4 重轨平直度的分析  65
    4.2.5 两种压下方案对比分析  65-68
  4.3 本章小节  68-70
第5章重轨残余应力的实验研究  70-74
  5.1 残余应力的测试方法  70
  5.2 切割法测量残余应力的原理  70-71
  5.3 重轨残余应力的测量  71-73
    5.3.1 残余应力的测试过程  71-72
    5.3.2 测量装置  72
    5.3.3 残余应力的测量结果与模拟值的比较  72
    5.3.4 误差分析  72-73
  5.4 本章小节  73-74
结论  74-76
参考文献  76-80
致谢  80-81
附录  81-82

重轨水平矫直数值模拟研究

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