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圆盘剪剪切过程的有限元模拟和实验研究

作　者: 贾海亮
导　师: 双远华
学　校: 太原科技大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 切边圆盘剪剪切力有限元测试
分类号: TG333.21
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 253次
引　用: 7次
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内容摘要

我国钢铁产量已经连续多年位居世界第一,钢铁企业是国民经济的主要支柱,它的发展状况很大程度上反映了一个国家的实力。现代钢铁行业发展的一个着眼点就是提高钢材的质量。精整工序是保证冷轧产品质量的关键环节,高精度切边圆盘剪是板带精整作业线上的核心设备之一,其精度的高低直接影响着板带材的切边质量。本课题以中国重型机械研究院项目为依托,对切边圆盘剪的关键技术进行了研究。通过对切边圆盘剪的工作原理和剪切机理的研究,用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA建立了切边圆盘剪剪切钢板的有限元模型,并采用显式动力学有限元算法对剪切过程进行了模拟分析。分析了钢板剪切断裂的过程,得到了钢板的应力-应变变化,废边的运动规律,断裂区单元的应力变化,剪切后钢板宽度方向的塑性应变分布和剪切过程中的剪切力变化规律。并分析了重叠量、侧向间隙、剪切速度等工艺参数对剪切力的影响。设计了切边圆盘剪剪切力测试装置,并对剪切力进行现场测试。有限元模拟得到的剪切力与实测值和经验公式计算值差距很小,证实了有限元模拟结果的正确性。采用计算机仿真和实验相结合的方法来研究板带剪切过程,可以缩短剪切机的开发周期,降低生产成本。同时,本文采用的研究方法为剪切理论的进一步发展提供了新的研究手段。

全文目录

中文摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-14
  1.1 论文提出的依据  7
  1.2 圆盘剪的分类和发展现状  7-10
    1.2.1 圆盘剪的分类  7-8
    1.2.2 圆盘剪的发展现状  8-10
  1.3 圆盘剪剪切过程的研究方法  10-13
    1.3.1 经验公式计算法  10-12
    1.3.2 有限元法  12-13
    1.3.3 实验法  13
  1.4 研究的目的、意义及研究内容  13-14
第二章圆盘剪的基本理论  14-19
  2.1 圆盘剪的结构和工作原理  14-15
  2.2 圆盘剪的基本参数  15-18
  2.3 本章小结  18-19
第三章钢板剪切有限元模拟基础  19-30
  3.1 板带剪切有限元基本理论  19-28
    3.1.1 材料的弹塑性行为  20-21
    3.1.2 屈服准则  21-22
    3.1.3 塑性流动法则  22
    3.1.4 塑性强化准则  22-23
    3.1.5 增量形式的弹塑性本构关系  23
    3.1.6 材料断裂准则  23-24
    3.1.7 断裂模拟  24-25
    3.1.8 控制方程  25-27
    3.1.9 中心差分法  27
    3.1.10 显式方法的时间步  27-28
  3.2 大型有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA 介绍  28-29
    3.2.1 LS-DYNA 的发展历程  28-29
    3.2.2 LS-DYNA 的功能和应用领域  29
  3.3 本章小结  29-30
第四章圆盘剪切过程的有限元模拟  30-55
  4.1 有限元模型的建立  30-37
    4.1.1 模型的简化  30-32
    4.1.2 单元类型的选择  32
    4.1.3 材料模型的选择  32-34
    4.1.4 网格划分  34-35
    4.1.5 接触的处理  35
    4.1.6 载荷、初始条件和约束  35-36
    4.1.7 求解与求解控制  36-37
    4.1.8 后处理  37
  4.2 模拟结果分析  37-54
    4.2.1 钢板剪切断裂过程分析  37-39
    4.2.2 钢板剪切过程塑性应变变化  39-41
    4.2.3 钢板剪切过程中的应力变化  41-42
    4.2.4 剪切过程中废边的运动规律  42-43
    4.2.5 断裂区单元应力变化  43-44
    4.2.6 剪切后钢板宽度方向的塑性变形分布  44-46
    4.2.7 剪切过程中的剪切力变化  46-48
    4.2.8 重叠量对剪切力的影响  48-49
    4.2.9 侧向间隙对剪切力的影响  49-50
    4.2.10 拉剪速度对剪切力的影响  50-51
    4.2.11 材料性能对剪切力的影响  51-52
    4.2.12 刀轴变形分析  52-54
  4.3 本章小结  54-55
第五章实验研究  55-63
  5.1 实验目的和意义  55
    5.1.1 实验目的  55
    5.1.2 实验意义  55
  5.2 实验原理  55-57
  5.3 实验设备及仪器  57-59
    5.3.1 实验设备  57-58
    5.3.2 实验仪器  58-59
  5.4 实验步骤  59-62
    5.4.1 实验操作步骤  59
    5.4.2 传感器的标定  59-60
    5.4.3 剪切力的测试  60-61
    5.4.4 实验数据  61-62
  5.5 本章小结  62-63
第六章理论计算结果与实验研究结果比较分析  63-67
  6.1 实测剪切力  63
  6.2 有限元计算剪切力  63-64
  6.3 结果分析  64-67
结论  67-69
参考文献  69-73
致谢  73-75
攻读学位期间发表的学术论文  75-76

圆盘剪剪切过程的有限元模拟和实验研究

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