ANSYS軋輥接觸和彎曲分析項目報告

1、塑性成形計算機仿真三級項目報告1. 1750四輥軋機支承輥彎曲強度分析2. 1750四輥軋機輥間接觸強度分析小組成員：指導(dǎo)教師：完成日期：2014年5月目錄摘要1項目研究的目的1項目預(yù)期結(jié)果2研究報告正文21750四輥軋機支承輥彎曲強度分析21750四輥軋機輥間接觸強度分析12結(jié)論18摘要:本報告針對1750四輥軋機支承輥彎曲強度和1750四輥軋機輥間接觸強度展開有限元分析。報告中采用塑性成形計算機仿真研究了軋輥內(nèi)的應(yīng)力分布以及最大應(yīng)力值、發(fā)生位置，校核軋輥是否滿足強度要求，給出軋輥中心撓曲曲線。同時還給出軋輥內(nèi)接觸應(yīng)力，接觸摩擦應(yīng)力分布以及最大應(yīng)力值，發(fā)生位置，校核支承輥接觸強度是否滿足要求

2、。關(guān)鍵詞：ANSYS分析軟件 支承輥彎曲強度 軋輥輥間接觸強度 前言：軋機工作輥強度是描述軋機性能的重要參數(shù),軋輥的強度為制定新的合理的軋制規(guī)程提供必要的設(shè)備數(shù)據(jù), 并且為實現(xiàn)帶鋼厚度的自動調(diào)節(jié)及計算機控制提供數(shù)據(jù)。所以確定工作輥的強度有很重要的實際意義。本文針對1750四輥軋機, 給出軋輥內(nèi)的應(yīng)力分布以及最大應(yīng)力值、發(fā)生位置，校核軋輥是否滿足強度要求, 為軋機的設(shè)計及改造提供理論依據(jù)項目研究報告的目的：塑性成形計算機仿真三級項目，以有限元法在軋制工程中的應(yīng)用為核心，通過塑性成形計算機仿真三級項目使學(xué)生加深對有限元法的理解，通過ANSYS軟件的上機模擬操作，鍛煉學(xué)生運用有限元法進行一般工程問題

3、分析的能力。通過三維建模，理論模型建立，分析求解以及驗證能力的鍛煉。培養(yǎng)學(xué)生掌握使用先進有限元軟件進行現(xiàn)代化工程優(yōu)化設(shè)計與分析的技能。通過項目的實施，引導(dǎo)學(xué)生積極思考、主動學(xué)習(xí)的能力，鍛煉和提高學(xué)生的交流、溝通和表達(dá)能力以及團隊合作能力，培養(yǎng)學(xué)生的責(zé)任感和職業(yè)道德。項目研究報告的范圍：該報告論述了有限元法在軋制工程中的應(yīng)用實例，包括（1）、1750四輥軋機支承輥彎曲強度分析，其中包含三維模型的簡化以及建立過程，應(yīng)力分布、位移分布（縱向、橫向）以及最大應(yīng)力值、發(fā)生位置的分析研究，以及對軋輥是否滿足強度要求的校核。（2）、1750四輥軋機軋制過程有限元分析過程，其中包含軋制過程有限元模型簡化以及建

4、立過程，以及軋制過程中，軋制變形區(qū)的壓力分布、輥間接觸強度，和軋制力和軋制力矩計算與分析。項目研究報告意圖及預(yù)期目的：通過研究報告的撰寫，將1750四輥軋機軋制過程有限元分析過程詳細(xì)明確的表現(xiàn)出來。對基于ANSYS的1750四輥軋機軋制過程的有限元分析進一步的總結(jié)和研究。完成1750四輥軋機軋制過程有限元分析過程結(jié)果的分析以及相關(guān)結(jié)論的總結(jié)。1.對軋輥進行合理網(wǎng)格劃分，以及邊界條件、載荷的施加，給出軋輥內(nèi)的應(yīng)力分布以及最大應(yīng)力值、發(fā)生位置，校核軋輥是否滿足強度要求，給出軋輥中心撓曲曲線。2.按照平面應(yīng)變問題建立工作輥支承輥接觸分析模型，給出軋輥內(nèi)接觸應(yīng)力，接觸摩擦應(yīng)力分布以及最大應(yīng)力值，發(fā)生位

5、置，校核支承輥接觸強度是否滿足要求。項目報告預(yù)期結(jié)果：（1）、通過項目報告的研究，1750四輥軋機支承輥彎曲強度分析；（2）、通過項目報告的實施，完成1750四輥軋機輥間接觸強度的有限元分析結(jié)果的討論及總結(jié)；項目組分工：(1)、1750四輥軋機工作輥的三維模型的簡化及創(chuàng)建；1750四輥軋機支承輥彎曲強度分析過程；（金志杰）（2）、1750四輥軋機輥間接觸強度有限元分析過程（王毓博）（3）、塑性成形計算機仿真三級項目研究報告的撰寫（王壽河）（4）、塑性成形計算機仿真匯報PPT的制作（劉立朝）研究報告正文一、 項目開展的研究內(nèi)容的基本理論：計算機有限元分析二、 項目研究所采用的分析方法及工具本次項

6、目研究主要采用的是有限元法分析法，其中主要運用了INVENTOR進行三維實體建模，以及ANSYS進行1750四輥軋機軋制過程的分析三、 項目分析步驟（一）、1750四輥軋機支承輥彎曲強度分析1 問題介紹最大軋制力：2000噸；最大軋制力矩：3000KN.m軋輥材料：9Cr2Mo，許用應(yīng)力；軋輥參數(shù)：見圖紙；輥面硬度：工作輥 HS=9050；支承輥 HS=5060；支承輥許用接觸正應(yīng)力；支承輥許用接觸切應(yīng)力。具體分析步驟及結(jié)果如下：一、1750四輥軋機支承輥彎曲強度分析在生產(chǎn)當(dāng)中必須知道在輥身或軋輥中間位置至軋輥中間位置至其邊緣間的撓度值，以便在此基礎(chǔ)上在磨床上磨制輥形時使其獲得所需的凸度，從而

7、保證鋼板在寬度上厚度均勻。由于軋輥負(fù)荷的對稱性，為了分析其彎曲強度，可以只考慮半個軋輥，從而利用ANSYS對軋輥進行合理網(wǎng)格劃分，以及邊界條件、載荷的施加，給出軋輥內(nèi)的應(yīng)力分布以及最大應(yīng)力值、發(fā)生位置，校核軋輥是否滿足強度要求，給出軋輥中心撓曲曲線。(a) 有限元模型創(chuàng)建1）二維模型創(chuàng)建及導(dǎo)入?yún)⒄哲堓伒脑紙D形，對其尺寸進行簡化，用CAXA繪制出如下圖形，另存為igs格式，準(zhǔn)備導(dǎo)入。導(dǎo)入到ANSYS程序中：最后繪制平面如圖： 2）單元類型的選取設(shè)定Mesh facet 200和solid 45兩個單元類型，并且設(shè)置mesh200單元options，單元形狀和節(jié)點數(shù)K1設(shè)置為 QUAD 4-NO

8、DE。 3）定義材料屬性軋輥材料：9Cr2Mo，查閱書籍可得軋輥的彈性模量為210000Mpa， 泊淞比0.3，由此對軋輥進行材料屬性設(shè)置。 4）網(wǎng)格劃分平面網(wǎng)格拉伸為體網(wǎng)格：沿中心延伸軸175度：最終得沿軸向延伸后的圖形為：(b) 加載與求解（模型的簡化、邊界條件的施加、分析類型及主要求解選項等）軋輥承受的載荷主要為：輥身承受的均布載荷以及輥頸所承受的支撐力，由于導(dǎo)入的模型均為軋輥的四分之一，即承受的面力和支撐力均為2000/4=500t輥身承受的均布載荷：pressure=5000000/受力面積 輥頸承受的支撐力：force=5000000/節(jié)點數(shù) 施加載荷：施加節(jié)點力：施加對稱約束：施

9、加位移約束：對軋輥對稱面上的中心點施加位移約束，設(shè)定UY方向的位移為0，點擊Current LS，確認(rèn)信息，進行求解。 (c) 結(jié)果后處理（包括位移云圖、應(yīng)力應(yīng)變圖、危險位置及其應(yīng)力特征，零件是否安全判定）1）軋輥變形圖：2）Y方向的位移圖3）等效應(yīng)力：由mises應(yīng)力分布圖可得，軋輥最大的應(yīng)力為281.495Mpa<=2200Mpa ，零件滿足安全強度標(biāo)準(zhǔn)。4）繪制中心撓度曲線：結(jié)果分析所得：軋制時的彎曲力矩絕大部分由支承輥承擔(dān)，因此對支承輥的強度校核就變得尤為重要，在計算支承輥時，通常按照承受全部軋制力的情況來考慮 。 求解結(jié)果中我們可以看到：支撐輥的中間位置具有最大的變形量，而彎曲

10、應(yīng)力最大值為輥頸和輥身接觸的位置，因為在設(shè)計支承輥時，要特別注意這個位置的強度條件是否滿足。二、1750四輥實驗軋機輥間接觸強度分析軋輥是軋機的加工工具，直接承受軋制壓力。一般來說，軋輥是消耗性的零件，就軋機整理而言，軋輥的安全系數(shù)最小，因此軋輥強度計算的內(nèi)容與它的用途、形狀和工作條件等因素有關(guān)。軋輥強度計算時扎之力可以看作是沿軋件寬度均布的載荷，根據(jù)受力均勻的等截面體可看做平面應(yīng)變問題，此分析問題按照平面應(yīng)變問題建立工作輥支承輥接觸分析模型，給出軋輥內(nèi)接觸應(yīng)力，接觸摩擦應(yīng)力分布以及最大應(yīng)力值，發(fā)生位置，校核支承輥接觸強度是否滿足要求。給出工作輥與支承輥接觸區(qū)寬度。(a) 有限元模型創(chuàng)建（包括

11、二維模型創(chuàng)建、單元類型選取、實常數(shù)、材料屬性定義及網(wǎng)格劃分、接觸問題接觸對的創(chuàng)建等）1）單元類型的選?。?2）分析類型的選擇： 3）實常數(shù)的設(shè)定： 4）二維模型的創(chuàng)建：5）網(wǎng)格的劃分及細(xì)化6）接觸對的創(chuàng)建： (b) 加載與求解（模型的簡化、邊界條件的施加、分析類型及主要求解選項等）1）節(jié)點耦合考慮到軋制過程中軋輥運動時受力和位移的特點，將軋輥上邊界節(jié)點耦合，認(rèn)為其位移和受力具有統(tǒng)一性,方便之后的后處理求解。 2）施加Y方向位移約束：3）施加對稱約束：分析軋輥輥間接觸強度時由于軋輥幾何形狀的對稱性，將分析對象簡化，只分析支承輥和工作輥的四分之一，因此對軋輥進行約束時要對其進行對稱約束。4）施加載荷：5）求解器控制設(shè)置： (c) 結(jié)果后處理（包括位移云圖、應(yīng)力應(yīng)變圖、接觸應(yīng)力云圖等，危險位置及其應(yīng)力特征，零件是否安全判定，改進措施及方法等）1）Y方向的位