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冷轧SUS304不锈钢带可逆轧制的数值模拟研究

作　者: 毛洪明
导　师: 吕占祥；麻永林
学　校: 内蒙古科技大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 多道次 可逆冷轧 弹塑性有限元 薄带钢
分类号: TG335.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 62次
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内容摘要


本文以北京冶科精密合金厂四辊冷轧机为研究对象,采用ANSYS/ LS-DYNA软件对板带轧制过程进行有限元模拟分析。通常对于冷轧过程的分析,人们有解析法、实验法以及数值法。由于解析法不能精确分析金属的实际变形过程,实验法也是近似方法并且花费的费用较高。数值法是目前唯一可以精确分析整个轧制过程的分析方法,并且成本相对较低。对于板带冷轧的数值模拟,最初采用二维模型,研究集中在单道次成形模拟上;有研究工作开发了三维有限元仿真模型,但其轧辊常采用刚性模型,轧辊弹性变形,而这对于最终的板材质量是非常重要的。对于板带冷轧的三维的弹塑性有限元模拟,多是单道次轧制。近年来出现多道次轧制,有些是多机架连轧,对于可逆轧制,可逆过程中的数据传递是通过二次开发来实现的。本课题基于总结和吸取前人的工作经验,本文在模拟过程中采用了弹塑性有限元法,轧机工作辊为弹性辊,轧制过程中施加前后张力,并且实现了最多7道次的连续可逆冷轧过程,进一步贴近了实际的生产过程。通过分别建立了刚性辊2道次可逆冷轧模拟过程、简易多道次可逆冷轧模拟过程,逐步实现了弹性工作辊7道次可逆冷轧模拟过程。计算了轧制力并与实际测量轧制力相比较,得到了合理的结果。通过计算轧制过程中轧件节点的位移,及建立路径分析了冷轧过程中金属的流动规律,验证了冷轧板带在轧制过程中的边部减薄作用。根据对节点在厚度方向位移状况的模拟,发现从第四道次以后开始节点发生比较明显的回弹,在轧件边部的回弹还比较强烈,所以建议将本轧程的轧制道次由7道次减少为4或者5道次。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
1. 绪论  10-20
  1.1 引言  10
  1.2 冷轧带钢生产的发展和不锈钢简介  10-13
    1.2.1 冷轧带钢生产的发展  10-11
    1.2.2 不锈钢简介  11-12
    1.2.3 SUS304 简介  12-13
  1.3 有限元方法在塑性加工中研究中的发展  13-18
    1.3.1 塑性加工模拟分析方法  13-16
    1.3.2 塑性成形中的有限元法  16-18
  1.4 ANSYS 的发展及其在塑性加工中的应用  18
  1.5 选题的目的和意义  18-20
    1.5.1 选题的目的  18-19
    1.5.2 选题的意义  19-20
2. 有限元理论及其ANSYS/LS-DYNA 软件相关理论详述  20-32
  2.1 有限元法概述  20-22
    2.1.1 有限元解题过程  21-22
  2.2 弹塑性有限元法  22-28
    2.2.1 弹塑性有限元法分类  22-23
    2.2.2 大变形弹塑性有限元法介绍  23-24
    2.2.3 材料的屈服准则  24-25
    2.2.4 弹塑性本构关系  25-28
  2.3 本文中选择的ANSYS/LS-DYNA 中的材料模型和单元类型  28-30
    2.3.1 材料类型  28-30
    2.3.2 SOLID 164 单元类型  30
  2.4 ANSYS/LS-DYNA 中的显式和隐式解法  30-32
    2.4.1 时间积分  30-31
    2.4.2 边界条件、载荷、接触与刚体  31-32
3. 使用ANSYS/LS-DYNA 对不锈钢薄带冷轧过程进行模拟  32-44
  3.1 建模  32-34
  3.2 网格划分  34-38
  3.3 定义接触、边界条件及其加载  38-42
  3.4 求解  42-43
  3.5 小结  43-44
4. 不锈钢SUS304 的多道次连续可逆轧制的有限元模拟  44-49
  4.1 二辊刚性轧辊有限元模拟  44-47
    4.1.1 建模及网格划分  44-45
    4.1.2 定义接触、约束及其初始加载  45
    4.1.3 模拟计算结果处理和分析  45-47
  4.2 简易模型的模拟分析  47-48
    4.2.1 简易模型的建模  47-48
  4.3 小结  48-49
5. 不锈钢SUS304 四辊可逆冷轧完整轧程的数值模拟分析  49-63
  5.1 等效应力分析  49-52
  5.2 金属流动及板形分析  52-55
  5.3 摩擦系数的影响分析  55-59
    5.3.1 摩擦系数对轧制力的影响  55-56
    5.3.2 摩擦系数对等效应力的影响  56-57
    5.3.3 摩擦系数对金属变形的影响  57-59
  5.4 张力的影响分析  59-63
    5.4.1 张力对轧制力的影响  59-60
    5.4.2 张力对等效应力的影响  60-61
    5.4.3 张力对金属流动的影响  61-63
结论和展望  63-65
  结论  63
  展望  63-65
参考文献  65-68
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  68-69
致谢  69

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属压力加工 > 轧制 > 轧制工艺 > 板材、带材、箔材轧制
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