（图纸+论文）1420热连轧辊系变形三维建模及有限元分析（全套完整）

简支梁模型的局限性简支梁挠曲模型考虑了许多影响板形的重要因素，但这些模型仍然存在着以下的不足通常轧机支撑辊的径长比远远小于，而时从上述方程获得精确结果所要求的最小值。

针对二辊轧机推导出的方程和的解若要用于四辊轧机，应假定在四辊轧机中，工作辊与支撑辊间的压力是沿带材宽度传递的。

而事实上，此压力的传递是通过整个接触区进行的。

简支梁模型不能模拟在工作辊和轧件及工作辊与支撑辊间载荷横向不均匀分布，因此，该模型没有考虑些重要的因素，如轧辊凸度随后的板凸度材质硬度沿带宽方向的分布轧辊的磨损等。

上述局限性使得我们有理由去研究发展更为复杂的模型来计算板形。

泼普劳斯基和麦克迪尔摩特提出了种可以模拟轧辊和板带凸度，以及沿轧辊长度方向的载和不均匀分布影响的方法。

在该模型中，工作辊和图支撑辊的接触面积工作辊和带材的接触面杯模拟成系列的弹簧，但轧辊仍被视为简支的弹性梁。

在由王国栋等提出的模型中，将简支梁布置换成了由两个悬臂梁代表辊身的布置形式，如图所示，对于采用了横移轧辊的四辊和六辊轧机，计算轧辊的弹性变形和出口板凸度时，采用了矩阵的方法。

分割法模型在分割法中梁的挠曲模型最先由绍特和汤森德提出，在此模型中，板凸度通过确定以下三个未知量来求出工作辊和板带问的横向载荷分布工作辊和支承辊间的横向生成符合要求格式的计算报告。

结果显示菜单图形显示抓图结果列表。

图形云图等值线矢量显示粒子流迹显示切片透明及半透明显示纹理。

钢筋混凝土单元可显示单元内的钢筋开裂情况以及压碎部位。

梁管板复合材料单元及结果按实际形状显示，显示横截面结果显示梁单元弯矩图。

显示优化灵敏度及优化变量曲线。

各种结果动画显示，可独立保存及重放。

图形注释功能。

直接生成等格式的图形。

计算结果排序检索列表及再组合。

提供对计算结果的加减积分微分等计算。

显示沿任意路径的结果曲线，并可进行路径的数学计算。

.主要的技术特点唯能实现多场及多耦合分析的软件唯实现前后处理求解及多场分析统数据库的体化大型分析软件唯具有物理场优化功能的软件唯具有中文界面的大型通用有限元分析软件具有强大的非线性分析功能具有适用于不同的问题和硬件配置的多种求解器支持异种异构功能网络浮动，在异种异构平台上支持界面统，数据文件通用强大的并行计算功能，支持分布式并行和共享内存式并行多种用户网格划分技术完善的用户开发环境同时，软件拥有丰富和完善的单元库材料模型库和求解器，保证了他能高效的求解各类结构的静力动力振动线性和非线性问题，压缩和不可压缩的流体问题。

其友好的图形界面和程序结构，交互式的前后处理和图形软件，大大的减轻了用户在实际工程问题中创建模型有限元求解以及结果分析和评价的工作量。

他的统集中式的数据库保证了个模块之间的有效可靠的集成，并实现了与多个软件的友好链接。

.本文主要研究内容及创新在深入理解有限元分析实质以及应用的基础上，即可对四辊轧机工作辊的变形进行计算。

本课题要求在给定辊系的几何尺寸的条件下工作辊支撑辊直径及长度，辊颈的位置及尺寸，弯辊力的大小等，对相应工况的辊系变形进行计算分析。

由于工作辊和与支撑辊之间工作辊与轧件间都存在接触区，所以必须在建模的时候专门界定接触区并指定合适的接触单元。

作为毕业设计主要的工作是应用这方法求解实际辊系变形问题，求出不同工况下的辊缝曲线。

本课题采用的有限元分析方法是近年来被广泛使用的种求解四辊轧机辊系变形的方法，其主要特点在前节中已有交待。

较之传统的材料力学及分割梁的方法优势显而易见，适用于大中型钢铁企业的热轧生产线辊系变形的分析及控制。

本课题所分析所针对的直接对象就是梅山热连轧机组，具有很强的实用性。

模型设计与计算.辊系模型的建立设计原理图为本课题要分析的轧辊辊系的尺寸图。

图梅山热连轧机辊系尺寸图在利用软件对此四辊轧机模型进行建模分析之前我们发现，由于结构和受力上的对称的特点，故在确定模型的几何尺寸的时候，只需对整个辊系的半进行建模分析，就可以完成对整个模型的研究。

这样既不会影响分析结果，又可以因模型的简化而缩短半的运行时间。

对我们的设计是很有利的。

模型设计根据上图尺寸及上述设计思想，定义轧机辊系半模型的各个关键点，并经由各点生成所需的实体模型。

此步骤的建模思路是生成关键点由点生成面由面旋转成体。

主要步骤的建模程序如下，.根据弗浦尔的研究，当工作辊和支撑辊具有相同的弹性模量时，对轧辊如工作辊和支撑辊的中心接近量可由方程和确定。

若要将机架的轧辊的压扁影响的相对误差减小到.，那么所要求的有限元网格数量必须分别等于或大于和个，如图所示。

图图.软件的工作原理有限单元法有限单元法的基本思想是将连续的结构离散成有限个单元，并在每个单元中设定有限个节点，将连续体看作是只在节点处相连接的组单元的集合体同时选定场函数的节点值作为基本未知量，并在每单元中假设近似差值函数以表示单元中场函数的分布规律进而利用力学中的些变分原理去建立用于求解节点未知量的有限元法方程，从而将个连续域中的无限自由度问题化为离散域中的有限自由度问题。

经求解就可以利用解得的节点值和设定的插值函数确定单元上以至整个集合体上的场函数。

有限元求解程序的内部过程可从图中看出。

结构离散化，输入或生成有限元网格计算单元刚度矩阵形成总刚度矩阵形成节点载荷向量引入约束条件解线性代数方程组输出节点位移计算并输出单元的应力图近年来，随着计算机的飞速发展和广泛应用，各种行之有效的数值计算方法得到了巨大的发展。

而有限元方法则是计算机诞生以后，在计算数学计算力学和计算工程科学领域里诞生的最有效的计算方法。

随着有限元理论基础的日益完善，出现了很多通用和专用的有限元计算软件。

在国际画的市场经济中，企业间的竞争日益加剧。

为取得竞争优势，企业迫切需要以高质量低成本的产品迅速抢占市场，因此企业迫切需要高技术高速度低成本的设计方法。

程序即是应此要求而发展起来的计算机仿真设计工具。

软件简介软件由成立于年的美国公司开发完成，是融结构热流体电磁声学于体的大型通用有限元分析软件，可广泛应用于核工业铁道石油化工航空航天机械制造能源汽车交通国防军工电子土木工程造船生物医学轻工地矿水利日用家电等般工业及科学研究。

程序是个功能强大的灵活的设计分析及优化软件包。

该软件可浮动运行于从机工作站工作站甚至巨型机的各类计算机及操作系统中，数据文件在其所有的产品系列和工作品台上均兼容。

其多物理场耦合的功能，允许在同模型上进行各式各样的耦合计算，如热结构耦合磁结构耦合以及电磁流体热耦合。

在机上生成的模型同样可以运行于巨型机上，这样就保证了所有的用户的多领域多变工程的求解。

.软件的组成软件主要包括三个部分前处理模块分析计算模块和后处理模块。

前处理模块它为用户提供了个强大的实体建模及网络划分工具，用户可以方便地构造有限元模型，软件提供了种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料。

实体建模参数化建模体素库及布尔运算拖拉旋转拷贝蒙皮倒角等。

多种网格自动划分工具，自动进行单元形态求解精度检查及修正。

自动映射网格划分智能网格划分自适应网格划分。

复杂几何体映射网格生成。

六面体向四面体自动过渡网格金字塔形。

边界层网格划分在几何模型或模型上加载点载荷分布载荷体载荷函数载荷。

可扩展的标准梁截面形状库分析计算模块包括结构分析可进行线性分析非线性分析和高度非线性分析流体动力学分析电磁场分析声场分析压电分析及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力。

后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示梯度显示矢量显示力子流迹显示立体切片显示透明及半透明显示可看到内部结构等图形方式显示出来，也可以将计算结果以图表曲线形式显示或输出。

具体如下所示计算报告自动生成及定制工具，自动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阵单元材料的应力应变关系矩阵。

在弹性变形时，材料的应力应变关系矩阵常根据虎克定律得到。

这矩阵建立起了线应变剪应变正应力和剪应力之间的关系如图所示矩阵中的系数常用杨氏模量和泊松比表示。

建立有限元刚度矩阵。

有限元刚度将节点位移与节点处的力联系起来，即式中节点处的力矢量已知量单元刚度矩阵刚度影响系数。

刚度矩阵可由最小余能原理求得，通常表示为式中的转置矩阵单元的体积。

联立代数方程。

这步包括对由每个单元的刚度矩阵构成的总刚度矩阵和由各个节点的力矢量构成的总的力矢量的联立。

联立方法的根据是由于每个节点的相互联系要求所有于该节点相邻的节点在该节点位移应相同。

总的刚度矩阵总的力矢量和总的位移矢量的平衡关系可有套联立方程表示求解未知参数。

考虑物体的几何和力的边界条件，求解代数方程，可得所有未知轧辊，变形，三维，建模，有限元分析，毕业设计，全套，图纸绪论.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广泛应用于板带生产中，近年来随着国民经济的不断发展以及工业生产需求的不断增长，用户对板带产品的平直度等指标要求越来越高，这就对板带轧制中辊缝的控制精度提出了更高的要求。

对四辊轧机辊系变形进行分析，是关乎板带材质量的决定性因素。

如何提高轧机辊系变形分析的水平，对各个