ANSYS三级项目说明书

《塑性成形计算机仿真》

三级项目报告

350四辊实验轧机工作辊扭转强度分析350四辊实验轧机板带轧制过程有限元分析

小组成员：

指导教师：

完成日期：2014年5月

目录

摘要 (3)

前言 (3)

研究报告正文 (4)

（一）、350四辊轧机轧制过程的建立与分析 . 错误！未定义书签。（二）、350四辊实验轧机工作辊扭转强度分析 (21)

结论 (33)

参考文献: (34)

摘要:

本报告针对350四辊轧机轧制过程和350四辊实验轧机工作辊扭转强度展开有限元分析。报告中采用塑性成形计算机仿真研究了轧制过程中轧制变形区的压力分布、中性点位置，并完成了总轧制力和轧制力矩的计算。同时还研究了350四辊轧机在轧制过程轧辊内的应力分布以及最大应力值、发生位置，校核轧辊是否满足强度要求。

关键词：轧制变形轧制过程有限元分析

前言：

轧机工作辊强度是描述轧机性能的重要参数,轧辊的强度为制定新的合理的轧制规程提供必要的设备数据, 并且为实现带钢厚度的自动调节及计算机控制提供数据。所以确定工作辊的强度有很重要的实际意义。本文针对350四辊轧机, 给出轧辊内的应力分布以及最大应力值、发生位置，校核轧辊是否满足强度要求, 为轧机的设计及改造提供理论依据

项目研究报告的目的：

塑性成形计算机仿真三级项目，以有限元法在轧制工程中的应用为核心，通过塑性成形计算机仿真三级项目使学生加深对有限元法的理解，通过ANSYS软件的上机模拟操作，锻炼学生运用有限元法进行一般工程问题分析的能力。通过三维建模，理论模型建立，分析求解以及验证能力的锻炼。培养学生掌握使用先进有限元软件进行现代化工程优化设计与分析的技能。通过项目的实施，引导学生积极思考、主动学习的能力，锻炼和提高学生的交流、沟通和表达能力以及团队合作能力，培养学生的责任感和职业道德。

项目研究报告的范围：

该报告论述了有限元法在轧制工程中的应用实例，包括（1）、350四辊实验轧机工作辊扭转强度分析，其中包含三维模型的简化以及建立过程，应力分布、位移分布（纵向、横向）以及最大应力值、发生位置的分析研究，以及对轧辊是否满足强度要求的校核。（2）、350四辊轧机轧制过程有限元分析过程，其中包含轧制过程有限元模型简化以及建立过程，以及轧制过程中，轧制变形区的压力分布、中性点位置，和轧制力和轧制力矩计算与分析。

项目研究报告意图及预期目的：

通过研究报告的撰写，将350四辊轧机轧制过程有限元分析过程详细明确的表现出来。对基于ANSYS的350四辊轧机轧制过程的有限元分析进一步的总结和研究。完成350四辊轧机轧制过程有限元分析过程结果的分析以及相关结论的总结。

1. 对轧辊进行合理网格划分，以及边界条件、载荷的施加，给出轧辊内的应力分布以及最大应力值、发生位置，校核轧辊是否满足强度要求。

2. 不考虑温度与宽展影响，按照平面应变问题建立轧制过程分析模型，轧辊作为刚性辊，给出轧制变形区的压力分布、中性点位置，并计算总轧制力和轧制力矩。

项目报告预期结果：

（1）、通过项目报告的研究，完成350四辊实验轧机工作辊扭转强度分析；

（2）、通过项目报告的实施，完成350四辊轧机轧制过程的有限元分析结果的讨论及总结；

项目组分工：

(1)、350四辊轧机工作辊的三维模型的简化及创建；

350四辊轧机工作辊的扭转分析过程；（胡广程）

（2）、350四辊轧机轧制过程有限元分析过程（程鹏）

（3）、塑性成形计算机仿真三级项目研究报告的撰写（程鹏）

（4）、塑性成形计算机仿真汇报PPT的制作（毛子鉴、吕红勇）

研究报告正文

一、项目开展的研究内容的基本理论：计算机有限元分析

二、项目研究所采用的分析方法及工具

本次项目研究主要采用的是有限元法分析法，其中主要运用了

INVENTOR进行三维实体建模，以及ANSYS进行350四辊轧机轧制

过程的分析

三、项目分析步骤

（二）、350四辊实验轧机板带轧制过程有限元分析轧制过程分析

1 问题介绍

轧辊直径145mm；轧件宽度180mm，轧件入口厚度1.2mm，出口厚度为0.9 mm，材料为Q235，剪切模量1000，弹性模量E=2.1e5，泊淞比0.3。采用平面应变问题处理，取轧件初始长度为20mm，变形区长度为4.6636mm，摩擦系数0.1。

2 单元类型和材料特性

设置文件名如图1所示。

图1 文件名

1、添加单元类型plane42，如下图2所示。

图2 单元类型

设置单元为平面应变问题，如下图3所示。

图3 平面应变问题设置

2、设置轧件的材料特性，图4为弹性特性部分，图5为塑性部分。

图4 材料弹性特性

图5 材料塑性特性

3 几何建模

1、创建轧辊选择如下图6所示参数进行建模，轧辊半径为72.5，中心为（0，72.95）。

图6 创建轧辊

2、创建轧件根据轧辊直径和压下量确定变形区长度为4.6636，然后建立厚为0.6，长度为20的矩形。

图7 创建轧件的参数

3、创建辅助轧件咬入的推板创建参数如下图8所示。

图8 创建推板参数

4 划分单元

设置轧件网格单元长度如下图9所示。

图9 轧件单元长度设置

然后采用映射网格划分法对轧件进行网格划分，结果如图10所示。

图10 划分的轧件网格图

5 创建接触对

图11为创建接触对向导的主界面。点击如图中所示的Contact Wizard按钮，开始创建第一个接触对。

图11 创建接触对向导界面

进入创建Target Surface界面，设置如下图12所示。该轧辊为刚性体，并带有控制节点以便控制轧辊旋转。