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基于ANSYS的钢轨矫直研究

作　者: 杨伟国
导　师: 赵运才
学　校: 江西理工大学
专　业: 机械工程
关键词: 辊式矫直机有限元残余应力 ANSYS
分类号: TG335
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 54次
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内容摘要

随着我国经济的不断增长,国家对工业行业也越发的重视,使钢铁行业迅速的发展,此外,其他各种行业的崛起,对钢铁的需求量也不断的增大,他们的崛起,也间接的促进了钢铁行业的发展,而且不同行业对钢铁的种类需求也不一样,正因如此,钢铁生产中,钢铁的种类也不断地增加。在生产量和钢铁种类不断增加的同时,客户对钢铁材料质量的要求也越来越高,使生产者出来提高生产量以外,还应把更多的精力财力放在对质量的研究上,如何更好的提升钢铁质量,是每个钢铁生产者急需解决的问题。其中矫直亦是改善钢铁质量不可或缺一道工序,对提高钢铁的平直度以及改善钢铁应力起着非常关键的作用。本文根据弹塑性理论,即钢材在经过较大的弹塑性弯曲以后,无论其开始的弯曲曲率有多大的差异,最终将趋于一致,通过设定适当的弯曲曲率,对钢材进行多次矫直,将使钢材的弯曲曲率均得以减小,最终实现了矫直的目的。以弹塑性理论为基础,应用显示动力分析软件ANSYS/LS-DYNA对38Kg重轨建立了矫直模型,该重轨腹板厚度为13mm,屈服极限为645MPa,利用大变形矫直理论,讨论了下辊以及上辊第一辊不动时上四辊的压下量。并且分别对钢轨两种不同的压下量即实测压下量值和理论计算的压下量进行了有限元仿真,定量地研究了两种不同的压下量下经过矫直后钢轨的矫直效果以及应力分布的影响,讨论了在实际生产中无法提高钢轨质量一些主要因素。通过对两种不同的压下规程的结果进行对比,分析,更换了原有的压下量值,选取了一组使钢轨矫直后残余应力小、平直度更好的压下规程。本课题利用解析计算和计算机仿真相结合的方法研究重轨辊式矫直的过程,通过对十一辊式矫直过程工艺参数的更深入研究,确定辊系的有关参数,模拟重轨矫直过程,获取合理的矫直参数,其结果可以为实际生产中矫直工艺参数的设定、优化和矫直机的设计提供理论依据以及科学指导,因而可以缩短矫直机产品的研发周期,降低生产成本,适应市场不断变化的需求,促进我国辊式矫直技术的发展。同时,本课题采用的研究方法也为矫直理论的进一步发展提供了新的研究手段。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章矫直研究综述  9-24
  1.1 概述  9
  1.2 矫直传统理论  9-19
    1.2.1 弯曲变形与应力  9-12
    1.2.2 弯曲变形与曲率  12-16
    1.2.3 能量分析  16-17
    1.2.4 重轨的弯矩方程  17-19
  1.3 矫直方案以及矫直工艺  19-20
    1.3.1 传统矫直工艺  19
    1.3.2 矫直方案  19-20
  1.4 矫直机当前研究状况  20-22
    1.4.1 国外发展现状  20-21
    1.4.2 国内发展现状  21
    1.4.3 我国辊式矫直机的发展趋势  21-22
  1.5 课题的提出、意义和研究内容  22-24
第二章辊式矫直机  24-34
  2.1 辊式矫直机矫直原理  24
  2.2 现场实测辊式矫直机参数  24-25
    2.2.1 现场实测数据  24-25
    2.2.2 实测压下量值  25
  2.3 辊式矫直机工艺参数的理论计算  25-33
    2.3.1 压弯量  25-27
    2.3.2 压弯量对矫直的影响及压弯量的选择  27-29
    2.3.3 初始温度对矫直后残余应力的影响  29-30
    2.3.4 矫直速度  30
    2.3.5 相关工艺参数的理论计算  30-33
  2.4 辊式矫直机类型及调整方式  33-34
第三章结构有限元分析方法与 ANSYS 软件  34-45
  3.1 有限元概述  34-43
    3.1.1 有限元的发展现状  34
    3.1.2 有限元法的基本构架及力学基础  34-38
    3.1.3 有限元分析的基本理论  38-41
    3.1.4 有限元分析的分析步骤  41-43
  3.2 ANSYS 软件简介  43-45
第四章重轨的有限元仿真  45-56
  4.1 LS-DYNA 概述  45-47
    4.1.1 LS-DYNA 的基本概念  45-46
    4.1.2 显示建模的一般流程  46-47
  4.2 建立有限元模型  47-52
    4.2.1 设置单元类型  47-48
    4.2.2 模型简化及定义材料属性  48-50
    4.2.3 模型网格划分  50-51
    4.2.4 创建PART，定义接触  51-52
  4.3 加载与求解  52-56
    4.3.1 加载  52-54
    4.3.2 约束  54-55
    4.3.3 求解  55-56
第五章矫直结果分析  56-68
  5.1 实测值和理论值计算结果分析  56-64
    5.1.1 矫直后平直度的分析  56-57
    5.1.2 残余应力分布  57-63
    5.1.3 实测值和理论值计算结果分析总结  63-64
  5.2 改变压下量值后的计算结果分析  64-67
    5.2.1 矫直效果  64-65
    5.2.2 残余应力分布对比  65-67
  5.3 本章小结  67-68
第六章总结  68-69
  6.1 本文的主要工作和成果  68
  6.2 有待进一步讨论的问题  68-69
参考文献  69-71
致谢  71-72
个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果  72

基于ANSYS的钢轨矫直研究

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