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板材卷曲过程的动态模拟与回弹研究

作　者: 何雪
导　师: 高耀东
学　校: 内蒙古科技大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 卷板机有限元分析变形回弹
分类号: TG335.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

卷板机,是应用非常普遍的板材加工成形设备,广泛应用于锅炉、造船、石化、金属结构、水泥机械、化工机械、机械制造及维修等部门。近些年卷板机的应用更加广泛,随着卷板机卷板能力的不断增大,工程上对卷板机设计的要求不断提高。其中卷板机的大体积、高功率、低精度和卷板低效率制约着卷板机的发展,因此对这些问题的解决就成了当务之急,对这些问题的研究,具有重要的理论和现实的指导意义。本文系统的研究了卷板机的工作原理、加工工艺、基本参数、卷板成形理论以及瞬态动力学分析的要点。借助有限元分析软件ANSYS,采用瞬态动力学分析对型号30×1600mm卷板机卷制金属板材整个过程进行动态模拟与回弹研究。首先,建立了卷板机和板材的有限元模型,为了简化分析,只对卷板机的托辊进行建模;其次,选用合适的单元类型,对托辊与板材进行网格划分;再次,定义了托辊与板材的接触对,确定了卷板时的边界条件和接触位置,通过准确的分析其整个卷板情况,将其合理的分成三个过程。在不同的过程中施加不同的约束与载荷,分析结果可以得出上下辊的受力大小、上下辊的变形,板材的受力大小、板材的变形与回弹等重要数据。对板材成形过程进行模拟与动态显示,从而更加直观地看出钢板从开始进入到完成整个卷板完成的全过程,进而达到验证其可行性与可视性的目的,也给出了在不同过程中上托辊下压量、板材的弯曲半径及板材的回弹量的计算公式,这对解决以上卷板机存在的一系列问题提供了参考依据,对卷板机厂家进行技术开发与改造具有很好的指导与借鉴意义。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
1 绪论  10-16
  1.1 选题的目的和意义  10-11
    1.1.1 选题的目的  10
    1.1.2 选题的意义  10-11
  1.2 国内外卷板机的发展现状  11-12
    1.2.1 国外卷板机的发展现状  11-12
    1.2.2 国内卷板机的发展现状  12
  1.3 传统滚弯成形技术与现代滚弯成形技术的对比  12-16
    1.3.1 传统滚弯成形技术  12-13
    1.3.2 现代滚弯成形技术  13-16
2 卷板机的主要性能  16-23
  2.1 卷板机的分类与特点  16-17
    2.1.1 卷板的分类  16
    2.1.2 卷板机的分类  16-17
    2.1.3 卷板机的使用范围与条件  17
  2.2 卷板机的工作原理  17-19
  2.3 卷板的工艺  19-21
  2.4 卷板的基本参数  21-22
  2.5 本章小节  22-23
3 卷板机卷板成形的原理  23-34
  3.1 卷板成形的基本理论  23-25
    3.1.1 卷板成形的平面假设  23
    3.1.2 卷板成形的中性层位置  23-24
    3.1.3 卷板成形时实际的应力—应变曲线  24-25
  3.2 金属弹塑性力学理论  25-33
    3.2.1 卷板成形的原理  25-26
    3.2.2 板材在卷板成形过程中的应力应变分布与变化情况  26-28
    3.2.3 板材在卷板成形过程中的力学分析  28-32
    3.2.4 卷板成形问题分析  32-33
  3.3 本章小节  33-34
4 卷板成形过程有限元模型建立与动态模拟  34-73
  4.1 有限单元法概述  34-36
    4.1.1 有限单元法原理  35-36
  4.2 ANSYS 模块与分析过程  36-37
  4.3 瞬态动力学分析简介  37-39
    4.3.1 三种求解方法  38-39
    4.3.2 载荷步与初始条件的建立  39
  4.4 模型建立前期准备  39-46
    4.4.1 单元的选择  39-40
    4.4.2 实常数的定义  40
    4.4.3 材料模型的选择  40-41
    4.4.4 建立几何模型  41-42
    4.4.5 网格划分  42-43
    4.4.6 约束边界条件  43-44
    4.4.7 接触定义  44-45
    4.4.8 摩擦定义  45
    4.4.9 局部坐标系建立  45-46
  4.5 有限元模型的建立  46
  4.6 卷板成形有限元模拟分析  46-58
    4.6.1 上辊下压过程中的有限元模拟  47-50
    4.6.2 板材滚圆过程中的有限元模拟  50-56
    4.6.3 上辊回升过程中的有限元模拟  56-58
  4.7 卷板成形时上辊下压量与卷筒半径之间的关系  58-72
    4.7.1 卷板过程中的力学计算  58-67
    4.7.2 卷板过程中的上辊下压量和卷筒半径关系的数值计算  67-72
  4.8 本章小结  72-73
5 板材成形的回弹分析  73-81
  5.1 卷板成形过程中的应力的分布区域  73-75
  5.2 回弹原理  75-76
    5.2.1 卷板变形区的回弹  75-76
    5.2.2 非变形区的回弹  76
  5.3 回弹的分析  76
  5.4 回弹值的计算  76-79
  5.5 影响回弹的因素和控制回弹的措施  79-80
    5.5.1 影响回弹的因素  79-80
    5.5.2 控制回弹的措施  80
  5.6 本章小节  80-81
6 结论与展望  81-83
  6.1 结论  81-82
  6.2 展望  82-83
参考文献  83-87
在学研究成果  87-88
致谢  88

板材卷曲过程的动态模拟与回弹研究

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