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300冷带轧机工作辊温度场建模仿真与实验研究

作　者: 张晓建
导　师: 王益群
学　校: 燕山大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 冷轧分析工作辊热行为温度场有限元热变形
分类号: TG333.17
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 85次
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内容摘要

轧辊的热行为,特别是工作辊的热膨胀、热凸度及其变化是轧制过程中的主要干扰因素之一。轧辊热行为对辊形和辊缝有重要的影响,故轧辊热行为的研究是轧制生产中一个需要解决的重要问题。本文主要针对轧辊温度场和热行为作出了有限元分析和实验研究。首先,介绍了热分析的知识基础,阐述了轧辊温度场的数学模型和边界条件,针对300四辊冷轧机轧制热量的来源和散失进行了建模与分析;采用有限元法对轧辊温度场进行数值计算,用ANSYS软件对其温度场和热变形进行求解,得到了轧辊的温度变化规律;然后,在300四辊轧机上进行了轧制实验,用进口热像仪对轧辊现场测温,测定了轧辊表面沿着轧辊轴线的温度分布曲线,对实验结果和有限元分析结果做出了比较,以对有限元仿真结果进行验证。本文基于ANSYS有限元平台软件,通过APDL参数化语言,给出了一套简单、灵活的轧辊温度场仿真分析方法,用APDL编制的轧辊温度场分析程序,解决了轧辊温度场周期性动态载荷的加载,缩短了运算周期。实验测试验证结果表明,二者吻合比较好,为轧辊热膨胀计算与辊缝控制精度的补偿控制提供了依据。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-12
第1章绪论  12-25
  1.1 轧辊热行为  12-14
    1.1.1 轧辊热辊形概念  12
    1.1.2 轧辊热行为概况  12-13
    1.1.3 轧辊热行为的研究现状  13-14
  1.2 轧辊温度场模型及数值分析  14-22
    1.2.1 数值研究法  14-20
    1.2.2 公式研究法  20-21
    1.2.3 解析研究法  21
    1.2.4 实验研究法  21-22
  1.3 课题的主要内容，目标和意义  22-25
    1.3.1 课题研究的主要内容  22-23
    1.3.2 课题研究的主要目标  23
    1.3.3 课题研究的意义  23-25
第2章工作辊温度场与热行为  25-46
  2.1 传热基本理论  25-29
    2.1.1 热量传递的基本规律  25-26
    2.1.2 热边界条件的基本处理方法  26-27
    2.1.3 工作辊热量计算微分方程  27-29
  2.2 冷轧轧辊温度场数学模型  29-39
    2.2.1 变形热  30-31
    2.2.2 摩擦热  31-34
    2.2.3 轧制区传递到轧辊的热量  34-35
    2.2.4 轧辊空冷散热  35-36
    2.2.5 轧辊水冷散热  36-37
    2.2.6 轧辊和支撑辊接触散热  37
    2.2.7 导热系数  37-38
    2.2.8 轧辊热量出入  38-39
  2.3 工作辊与周围介质换热系数  39-43
    2.3.1 工作辊与带钢之间的换热系数  40
    2.3.2 工作辊与冷却液之间的换热系数  40-43
    2.3.3 工作辊与空气之间的换热系数  43
  2.4 轧辊温度场分析中的参数  43-45
    2.4.1 温度场分析中的输入参数  44
    2.4.2 温度场分析中的影响参数  44
    2.4.3 温度场分析中的输出参数  44-45
  2.5 本章小结  45-46
第3章有限元理论与ANSYS 软件  46-59
  3.1 有限元法基本理论  46-53
    3.1.1 有限元法的基本概念  46-48
    3.1.2 有限变形的应力应变描述  48
    3.1.3 虚功方程  48-49
    3.1.4 本构方程  49-50
    3.1.5 刚度矩阵  50-52
    3.1.6 非线性有限元法的求解  52-53
  3.2 有限元软件概述  53-55
    3.2.1 通用有限元软件发展  53-54
    3.2.2 ANSYS 软件简介  54
    3.2.3 ANSYS 软件的优势  54-55
  3.3 ANSYS 热分析  55-57
    3.3.1 ANSYS 热分析介绍  55-56
    3.3.2 ANSYS 传热模式  56-57
  3.4 基于APDL 程序语言的有限元仿真  57-58
  3.5 本章小结  58-59
第4章工作辊有限元仿真分析  59-73
  4.1 300 轧机工作辊温度场模型  59-61
    4.1.1 热传导区域划分  59-60
    4.1.2 300 轧机冷轧工作辊的热交换  60-61
    4.1.3 边界条件的简化和等效  61
  4.2 APDL 参数化语言温度场程序  61-63
  4.3 工作辊温度场分析  63-68
  4.4 工作辊热变形分析  68-72
  4.5 本章小结  72-73
第5章 300 轧机实验研究  73-89
  5.1 轧机实验系统简介  73-78
    5.1.1 300 轧机的构成  73-76
    5.1.2 300 轧机程序化实验系统  76-78
  5.2 工作辊温度场实验  78-82
    5.2.1 实验参数和条件  78-79
    5.2.2 工作辊温度测量  79-80
    5.2.3 热像图分析与处理  80-82
  5.3 实验结果与仿真结果对比  82-84
  5.4 空转工作辊温度场实验  84-87
    5.4.1 实验背景和参数  84-85
    5.4.2 实验结果分析  85-87
  5.5 本章小结  87-89
结论  89-90
参考文献  90-94
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果  94-95
致谢  95-96
作者简介  96

300冷带轧机工作辊温度场建模仿真与实验研究

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