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棒材二辊矫直机辊型及变形机理研究

作　者: 刘志亮
导　师: 张文志
学　校: 燕山大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 二辊矫直机辊型矫直精度多目标优化数值模拟
分类号: TG333.23
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
下　载: 218次
引　用: 2次
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内容摘要

随着机械工业和国民经济各部门生产的发展和技术进步,对钢材产品质量的要求越来越高。轧后精整是产品质量提高的重要工序,棒材在加热、轧制、冷却、热处理以及运输过程中,由于各种因素的影响,往往存在多方位弯曲的缺陷。为了消除弯曲,获得平直成品,棒材需要在矫直机上进行矫直。二辊矫直具有精度高、质量好的特点,它作为一种精整技术,始终在矫直领域占有重要的一席之地。目前,国内外对于二辊矫直机的研究,主要集中在简单的辊型曲线设计上,对二辊矫直的矫直精度和变形过程缺乏深入的研究。因此对二辊矫直过程中复杂的辊型设计和各种场变量的变化规律展开研究,具有重要的理论价值和实际意义。本文从圆材弹塑性理论出发,详细分析二辊矫直过程变形机理,分析各种曲率之间的关系。提出曲率比的概念并分析曲率比与外力矩的关系及弯曲程度沿纵轴的分布规律,建立曲率方程式从而计算棒材的矫直精度。设计了典型产品的新型辊型曲线。设计了六段式反弯曲率、三段式反弯曲率、单值反弯曲率和双曲线的矫直辊辊型曲线。通过对二辊矫直机辊型曲线、矫直精度和斜角的研究,提出二辊矫直机精度的理论计算公式,并计算六段式反弯曲率、三段式反弯曲率、单值反弯曲率和修正的双曲线矫直辊辊型曲线的矫直精度,对矫直精度的理论值与实测数据进行比较。对矫直辊辊径进行多目标优化设计计算。建立矫直辊体积计算的模型,给出了矫直辊的弯曲和接触变形的计算模型,给出了矫直精度和矫直变形能计算模型,分别以矫直辊体积和变形最小为多目标函数和以矫直辊体积和矫直精度为多目标函数,应用遗传算法对矫直辊进行多目标优化设计,计算出矫直辊中径和与相配合的来料直径。同时绘制最优化解及性能跟踪等曲线,对所计算的数值与引进设备的实际矫直辊直径进行比较。建立圆棒材矫直过程的三维弹塑性有限元计算模型,对二辊矫直过程进行模拟计算。分析了棒材在矫直过程中的应力、应变变化过程;并分析了矫直后棒材内的残余应力分布状况;分析了特定点应力、应变以及位移在整个矫直进程中的变化规律;对各种辊型的矫直辊矫直过程模拟结果进行矫直精度比较。计算了矫直力和矫直功率,对矫直力的理论计算值与实测值和模拟值进行了比较分析,所计算的数值与实际比较接近,为实际生产提供可靠的参考依据。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-12
第1章绪论  12-25
  1.1 二辊矫直机简介  12-20
    1.1.1 国外二辊矫直技术研究  13-14
    1.1.2 国内二辊矫直技术研究  14-15
    1.1.3 二辊矫直机辊型曲线的发展  15-18
    1.1.4 二辊矫直变形过程的研究背景  18-20
  1.2 优化方法的研究发展  20-23
  1.3 本文研究的主要意义及内容  23-25
    1.3.1 本文研究的主要意义  23
    1.3.2 本文研究的主要内容  23-25
第2章棒材二辊矫直的弹塑性弯曲分析  25-41
  2.1 弯曲变形与曲率  25-29
  2.2 弯曲变形与弯矩  29-32
  2.3 棒材的弯曲变形与能耗  32-40
  2.4 本章小结  40-41
第3章二辊矫直机辊型设计  41-76
  3.1 引言  41
  3.2 二辊矫直机工作原理  41-43
  3.3 二辊矫直机的反弯曲线与辊型曲线  43-60
    3.3.1 二辊矫直机的反弯曲线  43-45
    3.3.2 二辊矫直机的辊型曲线  45-50
    3.3.3 二辊矫直机结构参数设计  50-60
  3.4 典型辊型曲线设计  60-75
    3.4.1 六段式辊型设计  60-62
    3.4.2 三段式辊型设计  62-68
    3.4.3 一段式辊型设计  68-71
    3.4.4 双曲线辊型设计  71-75
  3.5 本章小结  75-76
第4章二辊矫直机矫直精度计算  76-93
  4.1 矫直精度的计算  76-77
  4.2 典型辊型曲线的矫直精度计算  77-88
    4.2.1 六段反弯曲率矫直精度计算  77-80
    4.2.2 三段反弯曲率矫直精度计算  80-83
    4.2.3 一段反弯曲率矫直精度计算  83-86
    4.2.4 双曲线辊型矫直精度计算  86-88
  4.3 矫直精度的理论与实验分析  88-89
  4.4 倾斜角度计算  89-92
  4.5 本章小结  92-93
第5章辊径多目标优化设计  93-116
  5.1 引言  93
  5.2 多目标优化设计理论  93-94
  5.3 基于MATLAB 遗传工具箱的优化方法  94-96
  5.4 二辊矫直机辊径多目标优化设计  96-113
    5.4.1 辊径多目标优化设计的目标函数  96-99
    5.4.2 辊径多目标优化设计的约束条件  99-101
    5.4.3 辊径多目标优化设计结果  101-113
  5.5 辊径多目标优化设计实例  113-115
  5.6 本章小结  115-116
第6章二辊矫直机矫直过程有限元模拟  116-133
  6.1 引言  116
  6.2 二辊矫直过程模拟  116-118
  6.3 有限元模拟结果  118-126
  6.4 矫直力理论值与实验值比较  126-132
  6.5 本章小结  132-133
结论  133-135
参考文献  135-143
攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果  143-145
致谢  145-146
作者简介  146

棒材二辊矫直机辊型及变形机理研究

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