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重轨辊式复合矫直数值模拟研究

作　者: 王培龙
导　师: 宋华
学　校: 辽宁科技大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 重轨矫直数值模拟残余应力平直度
分类号: TG335.43
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 13次
引　用: 2次
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内容摘要

目前,铁路运输正在朝着高速化、重载化方向发展。钢轨作为铁路上的重要部件,长期承受着较大的冲击载荷,其质量的好坏直接影响着铁路运输的发展和行车的安全,而影响重轨质量最重要的指标是平直度达到标准和轨底残余应力小于250MPa。矫直作为重轨生产的最后一道变形工艺,对重轨残余应力大小、平直度和断面尺寸起着决定性的作用。由于重轨的矫直质量不仅受矫直规程、矫前弯曲度和初始残余应力等自身因素的影响,还受到矫直机性能的影响。本文建立了原始曲率半径为63m的60kg/m重轨平立复合矫直有限元分析模型,利用数值模拟软件ANSYS/LS-DYNA进行了数值模拟计算,采用Microsoft Visual Basic 6.0编制后处理程序对模拟结果进行处理,分析了重轨在矫直过程中各个变形区的应力分布、矫后残余应力分布状态以及重轨几何尺寸的变化情况。研究表明,重轨经复合矫直后,其截面对称线上纵向残余应力呈多S形分布,轨头上部、轨头下部和轨底受到纵向残余拉应力,轨头中部和轨腰受到纵向残余压应力。本文针对矫直规程中矫直辊压下量这一变化量,选定复合矫直机的七个矫直辊的压下量作为主要变化因素,采用七因素五水平的正交试验方案,制定出50组矫直规程,通过对50组矫直过程的数值模拟计算,并编制后处理程序对模拟结果进行处理,提取出重轨矫直后的残余应力和平直度,找出影响重轨残余应力和平直度的主要因素,在保证平直度满足要求的前提下,找出重轨矫直后残余应力最小的矫直方案,对提高重轨矫直质量、制定合理的矫直工艺具有重要的理论意义和实际意义。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-11
  1.1 课题背景  9
  1.2 课题研究的意义及目的  9-10
  1.3 课题研究内容  10-11
第2章文献综述  11-33
  2.1 矫直技术的发展概况  11-12
  2.2 国内外研究概况  12-16
    2.2.1 残余应力测定的研究  12-13
    2.2.2 残余应力模拟计算的研究  13-15
    2.2.3 几何尺寸的研究  15-16
  2.3 矫直原理  16-19
    2.3.1 小变形矫直方案  16-18
    2.3.2 大变形矫直方案  18-19
  2.4 弹塑性弯曲变形理论  19-27
    2.4.1 轧件的弹塑性弯曲变形  20-21
    2.4.2 轧件弹塑性弯曲过程的曲率  21-24
    2.4.3 轧件弹塑性弯曲过程外力矩  24-26
    2.4.4 相对力矩与相对曲率  26-27
  2.5 显式动力学有限元法  27-32
    2.5.1 有限元法概述  28
    2.5.2 弹塑性有限元基本理论  28-30
    2.5.3 动力学问题的有限元法  30-32
    2.5.4 ANSYS/LS-DYNA 介绍  32
  2.6 本章小节  32-33
第3章重轨复合矫直过程数值模拟  33-59
  3.1 重轨矫直数值模拟步骤  33-39
    3.1.1 选择材料模型与材料参数  33
    3.1.2 选择单元类型  33-34
    3.1.3 模型建立  34-37
    3.1.4 网格划分  37-38
    3.1.5 约束、接触、载荷处理  38
    3.1.6 完全重启动  38-39
    3.1.7 后处理  39
  3.2 复合矫直对重轨残余应力影响分析  39-53
    3.2.1 重轨复合矫直整体应力分析  39-42
    3.2.2 重轨复合矫直截面应力分析  42-52
    3.2.3 复合矫直后轨底残余应力分析  52-53
  3.3 复合矫直对重轨几何尺寸影响分析  53-57
    3.3.1 平直度的分析  53-54
    3.3.2 轨高的分析  54-56
    3.3.3 轨宽的分析  56-57
    3.3.4 轨长的分析  57
  3.4 本章小节  57-59
第4章压下量对矫后重轨质量的影响  59-69
  4.1 试验方案的制定  59-61
  4.2 重轨复合矫直模拟残余应力最优方案的确定  61-65
  4.3 重轨复合矫直模拟平直度最优方案的确定  65-67
  4.4 本章小节  67-69
第5章结论  69-70
参考文献  70-73
致谢  73-74
硕士期间取得的成果  74

重轨辊式复合矫直数值模拟研究

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