【毕业论文】1420热连轧辊系变形三维建模及有限元分析毕业设计说明书 ㊣ 精品文档 值得下载

时得出，此时凸工作辊和支撑辊只是点接触，在此点以外存在辊缝。

在有轧值力作用时，此辊缝会减小。

那么，相互接触的工作辊和支撑辊的挠度换算方程为工作辊和轧件接触匹配关系。

工作辊和轧件接触匹配考虑了受负载轧辊任意点的辊缝高度，还有轧件在相应点的出口厚度随着轧辊的弹性压扁和工作辊挠区的总和而变化。

由此，其协调方程为式中在点处轧件出口厚度的半在点处空载辊缝的高度。

轧简的出口厚度可以采用轧值理论的线性方程计算出来，其中是轧件入口厚度轧件力带钢张力和变形抗力的函数。

工作辊的静平衡。

工作辊的静平衡时将轧辊间的垂直载荷轧件和工作辊间的载荷及弯辊设备施加给工作辊的载荷进行叠加，则方程为式中总的轧制弯曲力见图。

方程的解。

求解方程在于如何找出个未知量，即表示工作辊和支撑辊之间载荷分布的个力的值，，表示工作辊和轧件间载荷分布的个力的值，和工作辊的刚度系数。

有了上述三个基本方程，可以得到求解和的个方程。

这些方程可以用代数矩阵的方法求解。

分割梁挠曲模型还考虑了带材沿宽度方向的张力，这里另外增加了个未知量。

这问题可以通过叠加的方式来解决。

图在由郭任明研制的模型中，将轧辊划分为系列弹簧单元图。

这些弹簧变形的相互关系通过线性相关方法计算出来。

这种方法考虑了由弯矩和剪切力产生的梁的挠曲变形。

这模型也将带材视为系列的弹簧单元，并认为这些弹簧单元的刚度是带材轧制特性的函数。

霍兰德和莱茵曾经对另种模型做了阐述。

分割梁模型的局限性分割梁挠曲模型的研究发展对于在轧制过程中提高带材板形的模拟能力迈出了很大步。

然而，这类模型也有自身的不足，因为分割梁模型是建立在假设在轧制力作用下工作辊和支承辊完全接触之上的。

实际上，当采用特殊的辊型系统如轧辊轧辊和锥形轧辊时，情况并非如此。

此时还需考虑可能存在的接触面不吻合如图。

此模型的另不足是该模型对影响系数的计算是根据简支架挠曲方程而来的。

但是，如前所述当轧辊的径长比小时，这些方程的实用性是值得怀疑的，而且分割梁模型用二维问题代替三维图问题，因此在些情况下，不可能获得良好的计算精度。

有限元分析理论在有限元分析中采用的是矩阵结构分析方法。

这种方法采用了种直接的物理方法来建立和求解梁及框架结构问题。

求解工程问题的解要用到以下三个条件力平衡方程变形协调方程材料行为的本构关系。

利用这三个条件可以建立未知应力力法或未知位移位移法组成的方程。

在有限元技术中，常用位移法。

有限元分析模型是对如下些连续物体问题进行近似求解的种方法连续物体被划分成有限个单元，各个单元的行为由有限个参数给定整个系统用它的单元集合体求解同样精确地遵循适用于标准离散问题的那些原则。

由有限个单元构成的集合体通常是指网格，这些单元通过节点相互连接起来。

在平面问题中，单元可以是三角形或是四边形的。

在三维问题中单元可以是三棱柱或长方体或六棱柱。

有限元分析采用了多年发展起来的应用于离散问题的标准方法。

这套方法包含了对物体或结构的每个单元的力位移关系的计算。

按既定的步骤，对每个有限元的每个节点都能建立起局部的力平衡方程来。

求解这些方程可得到未知位移的解。

有限元分析方法般分为以下六个步骤选择位移模型。

位移模型将各个单元的位移表示成各个节点位移的函数，通常表示为式中单元的位移矩阵单元的形函数矩阵单元的节点位移矩阵未知的变量。

建立位移模型时，沿给定方向的位移分布，通常用个简单的函数表示，例如下面的多项式式中沿方向的位移。

多项式的系数被称为广义位移系数，他们确定了位移模型的形状。

通过边界条件可求得上述系数。

有限元方程的个数依赖于要被模型化的结构的几何形状及模型可能移动的方向的个数，即自由度。

简单的弹簧单元可承受张力并有两个自由度，因为梁的两端可以沿弹簧的主轴方向自由移动。

然而，具有更多自由度的单元体可以作其他运动如弯曲运动。

单元类型的选择也决定了在个模型中的自由度。

应变位移关系的建立。

应变位移关系可通常表示为式中单元应变矩阵单元应变位移关系矩阵。

应变应变关系的建立。

应变应变关系可表示为式中单元应力矩公式得到的，这个力是随着轧制区位置的变化而变化的。

也就是说，在加载的时候，我们必须依据公式对不同的轧制变形区域施加不同的单位压力。

此步骤可以通过语言编程来实现。

通过语言获得轧制区的每个单元的中心坐标值，并以此为参数写出加载公式，使加载在轧制区的力随单元中心坐标值的不同而不同。

具体过程如下，参数定义，入口至中性面之间的单位压力公式，获得单元的最大最小代号，力的施加方式设置为累加选择所有的单元代号，防止单元号不连续，从最小单元号到最大单元，号之间有些单元不在需选择之列，单元中心坐标值，单元中心坐标值，为了便于表示，再次设置参数，前滑区的公式出口至中性面之间的单位压力公式后滑区的公式，图示按照公式在轧制区施加单位压力后的效果图。

图轧制区单位压力的施加效果右视图为保证求解分析的准确性，采用大应变非线性分析，两个载荷步。

结果后处理在经过了前期的建模和加载求解后，通过结果后处理过程，我们可以观察到在定的载荷和工况条件下辊系模型的变形情况以及其他些与分析有关技术指标。

的后处理模块功能相当强大，可满足用户对求解后的模型中多方面多角度的分析要求。

在本课题中，需要解决的问题主要有如下几个方面查看工作辊面变形情况以及轧辊的截面形状绘制支承辊及工作辊的挠曲线绘制支承辊及工作辊之间的弹性压扁曲线绘制支承辊与工作辊之间接触面上的接触压力的分布绘制轧件表面变形曲线。

分析不同工况对上述技术指标的影响以下将分节显示不同的影响因素值作用下轧辊模型的后处理分析结果并多进行计算比较分析注所有曲线图的起始点均为中间截面上的点。

辊系变形情况我们所关心的辊系变形是方向的，而从受载条件中可知，辊系预期大变形主要集中在工作辊上，故只对工作辊的变形状况进行分析。

可以设想，变形最大位置会大致出现在受载区。

所以通过工作辊变形底视图以及截面视图就可以很好的反映变形情况了。

此分析过程对应的操作程序如下，进入通用后处理器从数据库中读入最后个子步变形显示方式为第三种，显示变形后的情况以及未变形的边缘，查看工作辊的变形选择所选体上的所有节点，查看方向的变形底视图，轧辊截面的变形查看方向的变形，截面视图轧件宽度，弯辊力图工作辊变形示意图底视图图工作辊变形截面图轧件宽度，弯辊力图工作辊变形示意图主视图图工作辊变形截面图轧件宽度，弯辊力图工作辊变形示意图底视图图工作辊变形截面图轧件宽度，弯辊力图工作辊变形示意图主视图图工作辊变形截面图轧件宽度，弯辊力，ε相对压下率改变压下率是为了改变轧制力的分布，当然，旦改变了压下率，轧制区域的划分也要跟着发生变化，也就是说载对此种影响因素进行分析以前，要利用公式对系列参数进行重新计算，并将计算结果改变的情况更新在原有程序中。

图工作辊变形示意图主视图图工作辊变形截面图支承辊和工作辊的挠曲线轧辊在轧制力的作用下将发生弯曲扭转弹性压扁等变形，这些变形均不得超过允许值。

挠曲线是辊系变形分析中个很重要的指标。

在中观察挠曲线变化我们采用定义路径项的方法来获得数据及图形。

选定所要观察轧辊中心线，以两端节点定义条路径，然后将所要观察的变形映射到路径上图形显示即可。

此分析过程对应的操作程序如下，定义路径查看挠曲线路径的创建是依据节点选取的，对于不同的工况，节点，编号是不同的，注意变换将路径上各个节点的方向变形情况映射到路径上，显示支承辊挠度曲线的图像上段程序是针对工况而编写的后处理程序，若要查看其他几种情况下的挠曲线图像只需改变中心线两端变化后的节点编号即可。

轧件宽度，弯辊力图支承辊挠曲线示意图图工作辊挠曲线示意图轧件宽度，弯辊力图支承辊挠曲线示意图图工作辊挠曲线示意图轧件宽度，弯辊力图支承辊挠曲线示意图图工作辊挠曲线示意图轧件宽度，弯辊力图支承辊挠曲线示意图图工作辊挠曲线示意图轧件宽度，弯辊力，ε相对压下率图支承辊挠曲线示意图图工作辊挠曲线示意图支承辊和工作辊的弹性压扁曲线工作辊和支承辊之间存在着弹性压扁，其弹性压扁量可近似的看作支承辊和工作辊挠度的差值，即，这就是获得弹性压扁曲线的原理。

在中此步骤是通过路径加运算来实现的。

运算公式，指令，。

此过程是建立在前步操作基础上的，其程序语句如下，弹性压扁图形的定义过程弹性压扁图形的查看轧件宽度，弯辊力图轧件宽度，弯辊力图轧件宽度，弯辊力图轧件宽度，弯辊力图轧件宽度，弯辊力，ε相对压下率图接触面上的接触压力分布接触变形的查看方法和查看挠曲线的方法相同，先定义出路径，然后将单位接触应力映射到路径上，由于单位应力与加在接触表面单位长度上的载荷之间在代数上有着倍的关系，故只需将公式中的令为，将令为即可。

轧件宽度，弯辊力图接触面接触压应力分布示意图图接触面接触压力分布轧件宽度，弯辊力图接触面接触压应力分布示意图图接触面接触压力分布轧件宽度，弯辊力图接触面接触压应力分布示意图图接触面接触压力分布轧件宽度，弯辊力图接触面接触压应力分布示意图图接触面接触压力分布轧件宽度，弯辊力，ε相对压下率图接触面接触压应力分布示意图图接触面接触压力分布绘制轧件表面变形曲线轧件宽度，弯辊力图轧件宽度，弯辊力图轧件宽度，弯辊力图轧件宽度，弯辊力图轧件宽度，弯辊力，ε相对压下率绪论四辊轧机发展情况概论近年来我国轧钢行业得到了飞速发展，钢材年产量突破了亿吨，已连续多年成为世界钢产量第大国。

板带材的轧制生产能力逐步提升到了个较高的水平，各种板带产品也得以广泛的应用于生产和生活中的方方面面。

但是我国目前轧钢生产的技术水平与国际先进水平相比还有相当大的差距，轧制产品的主要技术指标与国际先进水平相比仍有相当大的差距，我国已经入世，国外钢材生产技术强国的行业冲击愈发明显起来，要想在空前激烈的竞争中得以生存获得发展，我们就必须在轧机精度控制等方面多做工作。

四辊轧机以其较高的生产能力和良好的产品质量