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中厚板轧制平面形状控制的有限元模拟研究

何青松  
【摘要】: 中厚板产品广泛应用于油气输送管线、船舶、桥梁、容器、锅炉、海洋构件、建筑等国民经济的众多领域。中厚板轧制成形过程中,轧件的非均匀展宽导致轧制生产出非矩形形状的中厚板,造成大量的切头、切尾及切边损失。在中厚板生产中,提高成材率是节省能源与资源,降低成本的重要手段,成材率的高低直接影响到企业的经济效益。平面形状控制技术是中厚板生产的一项关键技术,可以大幅度提高中厚板成材率,我国目前尚未充分掌握该项技术,有待于积极开发。因此研究中厚板轧制平面形状控制技术对提高中厚板轧制的成材率和产品质量及节能降耗至关重要。 本文主要利用有限元模拟软件研究中厚板的平面变形规律。针对几何、材料和接触的非线性问题,利用软件ANSYS/LS-DYNA,首先选择了几何非线性选项,针对材料非线性,本研究选择了弹塑性的非线性强化模型,并且选用三维的八节点六面体的SOLID164单元实体对轧件模型进行了离散化,对于接触面,选择用的是自动面.面接触,之后是边界条件的加载,利用LS-PROPOST作为后处理软件分析了实验结果。 本文首先介绍了国内外平面形状控制的研究、应用情况及一些典型平面形状控制技术;系统阐述了板带轧制变形理论和弹塑性有限元法基本理论;以提高中厚板成材率为目的,采用显式动力学有限元软件ANSYS/LS-DYNA来模拟中厚板轧制成形过程中的平面形状控制问题。模拟结果表示单道次轧制后轧件的平面形状呈现头部凸形和边部凹形形状,并在此基础上进一步模拟不同轧制条件对轧后轧件平面形状的影响。为了验证显式动力学有限元分析结果的可信度,进行与有限元模拟相同轧制条件下的物理模拟实验,将物理模拟实验结果和有限元模拟结果进行对比分析,验证有限元模拟结果的正确性与可靠性。 本课题采用有限元分析和物理实验相结合的方法对中厚板轧制平面形状控制进行了研究,得出单道次轧制完成后轧件的平面形状呈现头部凸形和边部凹形形状的规律以及不同轧制条件对轧件平面形状的影响规律,希望所得出的这些基本规律能为提高我国中厚板生产水平奠定一定的理论基础。


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