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森吉米尔二十辊轧机主体三维设计及有限元分析

作　者: 宋涛涛
导　师: 杜凤山
学　校: 燕山大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 冷轧带钢森吉米尔二十辊轧机 MSC.Marc Pro/ENGINEER AS-U-ROLL
分类号: TG333.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

冷轧带钢的生产能力,是一个国家钢铁工业发展水平的重要标志。而随着我国经济的不断发展,对高精度极薄带材的需求量越来越大,要求也越来越高,普通的四、六辊轧机已无法满足生产要求,只能通过多辊轧机才能得到所需产品。而在多辊轧机中应用最广泛的是森吉米尔二十辊轧机。在这种情况下,对森吉米尔二十辊轧机的设计研究就具有重要的意义。同时对森吉米尔二十辊在各种调控手段下的辊系变形以及辊间接触应力的研究也具有重要的理论和实际意义。本文在燕山大学轧钢实验室已有二十辊轧机的基础上,通过查阅相关资料,在原有轧机结构上加入径向调节装置和轴向调节装置,重新进行设计。通过三维设计软件Pro/ENGINEER完成了一台辊身长度为412 mm,工作辊径为20 mm的森吉米尔二十辊轧机的主体三维设计。并利用有限元方法分别对该轧机机架和辊系进行了强度校核和刚度分析。本文还对所设计森吉米尔二十辊轧机进行了三维弹塑性建模,利用大型通用有限元软件MSC.Marc对该轧机的轧制过程进行了有限元分析。在Marc平台上建立了不同带钢宽度以及工作辊窜辊量下的辊系有限元模型。对不同带材宽度、不同窜辊量、不同第一中间辊弯辊力以及不同AS-U-ROLL调整量下轧制过程进行仿真,并对仿真结果进行分析,研究森吉米尔二十辊轧机在各种调控手段作用下的辊缝形状、工作辊与带钢间接触应力、工作辊轴线挠曲变形以及工作辊压扁变形的变化规律。以上研究为实际中森吉米尔轧机的设计生产提供理论指导。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-20
  1.1 课题研究背景  10
  1.2 多辊轧机的发展及现状  10-15
    1.2.1 多辊轧机的发展过程  10-12
    1.2.2 二十辊轧机的发展过程  12-13
    1.2.3 传统机架式直接压下的多辊轧机  13-14
    1.2.4 森吉米尔多辊轧机的现状  14-15
  1.3 我国多辊轧机的发展和现状  15-16
  1.4 有限元方法在轧制中的应用  16-18
    1.4.1 刚塑性有限元法  16-17
    1.4.2 弹塑性有限元法  17-18
  1.5 课题研究主要内容、目标及意义  18-20
    1.5.1 课题研究的主要内容  18
    1.5.2 课题所要达到的目标  18-19
    1.5.3 课题研究的意义  19-20
第2章森吉米尔二十辊轧机及有限元基本理论  20-38
  2.1 森吉米尔二十辊轧机的特点  20-21
  2.2 森吉米尔轧机的结构  21-24
    2.2.1 机架结构  21-22
    2.2.2 辊系布置  22-23
    2.2.3 支承辊结构  23-24
  2.3 森吉米尔轧机调整机构  24-28
    2.3.1 压下调整机构  24-26
    2.3.2 辊形调整机构  26-28
  2.4 轧机进出口辅助设备  28-30
    2.4.1 侧导板或立导辊  28
    2.4.2 压板  28-29
    2.4.3 导卫板  29
    2.4.4 擦拭器  29-30
  2.5 板形的概念和表示方法  30-32
    2.5.1 板带的平直度  30
    2.5.2 板凸度及其表示方法  30-32
    2.5.3 边部减薄  32
  2.6 有限元基本理论  32-37
    2.6.1 有限单元法基本思想和步骤  32-34
    2.6.2 非线性有限元问题  34
    2.6.3 几何非线性问题的应力应变描述  34-35
    2.6.4 边界非线性的描述  35-36
    2.6.5 非线性方程组的解法  36-37
  2.7 本章小结  37-38
第3章森吉米尔二十辊轧机的三维设计  38-52
  3.1 CAD 技术的发展及应用  38-40
  3.2 辊系空间位置的设计  40-43
    3.2.1 工作辊辊身长度的选取  40
    3.2.2 辊系直径的确定  40-43
  3.3 支承辊结构的设计  43-47
    3.3.1 B、C 支承辊组的设计  43-47
    3.3.2 F、G 支承辊组的设计  47
  3.4 机架的设计  47-49
  3.5 径向板形调节装置的设计  49-50
  3.6 轴向移动结构的设计  50-51
  3.7 本章小结  51-52
第4章森吉米尔二十辊轧机有限元分析  52-82
  4.1 MSC.MARC 软件简介  52-53
  4.2 机架有限元校核  53-61
    4.2.1 模型网格划分  54-55
    4.2.2 施加载荷和边界条件  55-57
    4.2.3 有限元计算结果分析  57-61
  4.3 辊系有限元校核  61-63
  4.4 轧机刚度分析  63-67
    4.4.1 轧机纵向刚度分析  63-65
    4.4.2 轧机辊系横向刚度分析  65-67
  4.5 轧制过程辊系弹塑性模型的建立  67-70
    4.5.1 模型参数  67-68
    4.5.2 森吉米尔二十辊轧制模型  68-70
  4.6 有限元模拟结果分析  70-81
    4.6.1 ASU 调节的影响  70-73
    4.6.2 带材宽度的影响  73-76
    4.6.3 弯辊力的影响  76-79
    4.6.4 窜辊的影响  79-81
  4.7 本章小结  81-82
结论  82-83
参考文献  83-87
攻读硕士学位期间参与的科研任务  87-88
致谢  88-89
作者简介  89

森吉米尔二十辊轧机主体三维设计及有限元分析

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