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《北京科技大学》 2005年
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H型钢矫直机理及有限元动态仿真研究

王会刚  
【摘要】:H型钢作为一种经济断面型钢,具有重量轻、承载能力大、外形美观、易于铆接、节约工时、降低造价等优点,已被广泛应用于工业与民用钢结构中,具有广阔的应用前景。但是,由于H型钢的断面结构相对其它形式型钢存在着腰高腿薄等特点,矫直时因稳定性问题,只能通过压下腹板进行整体矫直,这样就存在局部变形过大,合理压下量设置问题,因此,H型钢矫直过程研究和实践研究有很多难点问题。本文针对H型钢的特点,综合应用弹塑性有限元理论,结合解析方法、计算机仿真和测试、试验研究等手段,首次对H型钢的矫直机理进行了较为全面的研究,工作主要内容及成果有: 1、理论分析了矫直时H型钢腹板对断面塑性变形程度的影响,得出分析H型钢反弯挠度时可以将断面简化为对应的两块矩形这一结论。研究了H型钢辊式矫直反弯挠度的解法并得出了九辊变辊距矫直的解析解,得出了各辊处弯矩、矫直力和反弯挠度的解析关系;提出并验证了根据H型钢断面塑性变形区大小来确定各辊矫直弯矩从而求解压下挠度这一思想。针对考虑腹板与否,推导出了典型矫直单元的反弯挠度通用解析公式。 2、运用弹塑性有限元法验证了所推导解析公式的正确性。对九辊变辊距矫直和单个矫直单元进行了全面的静压下仿真研究。研究了压下挠度、矫直力、应力应变等力学参数的变化规律。验证了考虑腹板与否对H型钢矫直中各项参数的变化影响不大的结论。 3、理论上全面研究了H型钢的辊式矫直机理,推导出了H型钢辊式矫直时残余挠度和残余应力的理论解析公式。研究表明,考虑矫直过程中残余挠度和残余应力后,H型钢矫直时实际各辊的弯矩值、断面塑性变形程度均会发生变化;分析了考虑残余挠度和残余应力时断面弹区比以及各辊处弯矩的变化规律,提出了弯矩修正方法。 4、建立了弹塑性三维有限元模型,全面动态仿真了H型钢从咬入到稳定矫直到抛出这一矫直过程。分别针对有无原始缺陷的理想材料和线性强化材料的典型H型钢进行了动态有限元仿真,研究了相对原始曲率和强化系数对应力应变等参数的影响,取得了矫直过程中挠度、矫直力、应力应变的变化规律等。 5、实测了典型H型钢矫直前后几何状态,得出典型H型钢矫直前的弯曲数学模型基本可确定为正弦曲线与幂函数的叠加。测试了不同压下挠度矫直时H型钢的几何形态和主要力能参数,进一步证明了理论分析和仿真结果的正确性。
【学位授予单位】:北京科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TG333.2

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【引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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8 童勇军;大型组合型钢矫直研究与有限元仿真[D];东北大学;2008年
【参考文献】
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【共引文献】
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6 张强;郭光玲;;玻璃纤维布加固混凝土柱的轴心受压试验及有限元分析[J];四川建筑科学研究;2009年04期
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8 熊进刚;金坤玮;李艳;;异形柱—矩形柱转换节点的应力分析[J];四川建筑科学研究;2011年05期
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9 俞家欢;孙明;;五爱市场异型柱钢筋混凝土高层框架结构分析[A];钢结构工程研究(七)——中国钢结构协会结构稳定与疲劳分会2008年学术交流会论文集[C];2008年
10 闻洋;李春光;;基于有限元法的钢管混凝土柱影响因素分析[A];钢结构工程研究⑧——中国钢协结构稳定与疲劳分会第12届(ASSF-2010)学术交流会暨教学研讨会论文集[C];2010年
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5 李智国;基于番茄生物力学特性的采摘机器人抓取损伤研究[D];江苏大学;2011年
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7 康煜华;3104铝合金热轧过程有限元分析及应用[D];中南大学;2011年
8 马明利;庆—哈输油管道腐蚀缺陷评估与补强技术研究[D];东北石油大学;2011年
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10 叶果;面向生物工程的精密定位机构及其动力学特性研究[D];中国矿业大学;2011年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 薛志鹏;断层活化导致井巷破坏的数值模拟分析[D];河南理工大学;2010年
2 蒋建军;二维超声无磨料抛光工艺参数优选试验研究[D];河南理工大学;2010年
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4 刘霞;圆柱直齿轮精锻成形工艺试验及数值模拟研究[D];南昌航空大学;2010年
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9 詹峰;井下煤仓清仓机器人机械臂结构设计与新型清仓技术研究[D];山东科技大学;2010年
10 张海社;智能天线算法的研究[D];山东科技大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张龙华,毕恩复,宋文宇;钢轨矫直技术的发展及其在鞍钢重轨生产中的应用[J];鞍钢技术;2004年02期
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10 井永水,窦忠强,李忠富;矫直理论的新探索[J];北京科技大学学报;2002年01期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 翟华;轴类零件校直工艺理论研究[D];合肥工业大学;2003年
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中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 弓海霞;全自动液压校直机校直理论及其液压系统仿真的研究[D];哈尔滨工程大学;2001年
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8 钟江;基于LS-DYNA的高轧件轧制过程仿真分析与实证研究[D];浙江工业大学;2007年
9 丁德欣;重轨水平矫直数值模拟研究[D];辽宁科技大学;2008年
10 肖会勇;铜始极片辊式矫直机矫直过程分析与参数研究[D];昆明理工大学;2008年
【二级引证文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 马光亭;臧勇;朱国明;康永林;;H型钢万能轧制过程中金属流动的有限元分析[J];北京科技大学学报;2008年02期
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4 管奔;臧勇;曲为壮;吕智勇;冯伟;;辊式矫直过程应力演变及其对反弯特性的影响[J];机械工程学报;2012年02期
5 赵运才;郭德琅;陈强;;重轨九辊水平矫直压下量的模拟分析[J];有色金属科学与工程;2012年05期
6 赵登利;于良峰;;矩形截面杆弹塑性扭转变形分析[J];机械工程师;2012年11期
7 龚本月;王志刚;李友荣;张红卫;黄娟;;中厚板矫直残余应力仿真[J];塑性工程学报;2010年06期
8 管奔;臧勇;逄晓男;吕智勇;刘福宁;冯伟;;H型钢矫直过程残余应力演变机制研究[J];中国石油大学学报(自然科学版);2012年05期
9 闫晓强;宋长江;;基于Marc的角钢矫直过程有限元仿真研究[J];冶金设备;2009年03期
10 王建国;陈林;李浩;仝伟;孙胜志;;大型H型钢的矫直过程应力分布规律数值模拟分析[J];冶金设备;2012年S1期
中国重要会议论文全文数据库 前1条
1 王建国;陈林;李浩;仝伟;孙胜志;;大型H型钢的矫直过程应力分布规律数值模拟分析[A];2012年全国压力加工设备节能环保及技术创新研讨会论文集[C];2012年
中国博士学位论文全文数据库 前3条
1 周磊;电梯导轨弯曲变形校直理论模型、仿真与实验研究[D];浙江大学;2010年
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3 王中秋;航空整体结构件加工变形滚压校正理论及方法研究[D];山东大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李亮;电铜导电棒矫直机理研究及有限元数值模拟分析[D];昆明理工大学;2010年
2 黄斐;高品质铁塔用角钢热轧过程仿真模拟与宽展规律研究[D];江西理工大学;2011年
3 龚本月;基于动态有限元分析的矫直机压下参数模型研究[D];武汉科技大学;2011年
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5 翁水军;紫铜方管V形辊矫直工艺参数的研究[D];昆明理工大学;2011年
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10 周慧锋;大型型钢矫直机的矫直过程模拟及工艺参数优化[D];燕山大学;2010年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前8条
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中国重要报纸全文数据库 前10条
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6 本报记者 包斯文;国内H型钢市场前景依然广阔[N];中国冶金报;2005年
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