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《中南大学》 2008年
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基于热力耦合的铸轧辊弹性变形数值模拟

熊勇刚  
【摘要】: 铝板坯连续铸轧是一种高效、节能、环保工艺,铸轧辊是此系统的核心部件。随着铝板坯连续铸轧工艺向提速与减薄方向发展,铸轧板板形问题日益突出。本文以计算分析铸轧辊弹性变形为研究目标,根据铝板坯铸轧工艺和铸轧辊的特点,通过理论推导、数值仿真、优化拟合和实验验证等手段,结合非线性热力耦合有限元理论,计算分析铸轧辊热力耦合弹性变形,为铸轧辊最佳原始辊型的确定提供依据,为板形控制提供理论参考。全文的研究工作内容和论文结构如下: 针对铝板坯铸轧工艺和铸轧辊的特点,系统地研究了铸轧辊变形计算分析理论的国内外动态,并简单评析。 根据铸轧工艺的特殊性和铸轧辊本身的特点,考虑温度载荷的影响,建立了铸轧辊变形热力耦合计算分析模型;对于铸轧辊与板坯之间存在相对运动和接触问题,设计了动态边界条件的接触判据,采用了轧辊-板坯动态接触边界的自动处理算法,有效地提高了接触搜索的计算效率;在非线性热力耦合有限元理论基础上,耦合分析温度载荷—变形之间的相互影响;体现了铝板坯铸轧过程为材料非线性、几何非线性和接触非线性的大变形。 确定了计算铸轧辊变形关键的边界条件;计算得到了铸轧力分布规律,分析了工艺参数对铸轧力的影响。 分析计算了铸轧辊弹性变形和弹性压扁,得到了原始辊型;分析了工艺参数对铸轧辊弹性变形的影响;为铸轧辊的设计、加工和板形控制提供数据参考、理论依据。 考虑生产实践中可能面对的各种实际问题而进行铸轧辊原始辊型优化和拟合,得到了最佳原始辊型;为铸轧辊的设计、加工提供数据参考、理论依据。 应用非接触测量技术,设计了辊型曲线、铸轧辊变形和温度场的测试方案,现场实测结果与仿真计算结果比较吻合,验证了本文分析计算模型的正确性和模拟方法可行性。
【学位授予单位】:中南大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2008
【分类号】:TG333.17

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