对称式卷板机关键部件的应力应变分析开题报告

 2021-08-08 12:08

1. 研究目的与意义

随着社会的发展,工业行业对卷板机的市场需求不断加大,对卷板机卷制能力和卷制规格又提出了新的要求。而目前对大型卷板机的开发仍然处于起步阶段,相应的技术还很不成熟。特别是进入2010年以来,面对国家拉动内需,许多国内生产卷板机的企业及时调整他们的战略决策,以顺应社会发展需求。

本课题基于市面上常见的对称式三辊卷板机,对该类型卷板机进行工艺研究和结构分析。根据对称式三辊卷板机的结构特点,计算了该类型卷板机关键件受力;用Pro-Engineering软件建立卷板机关键件的几何模型,并将其导入ANSYS软件且建立有限元模型;用ANSYS软件对该型号卷板机关键件进行模拟,分析各关键件应力应变分布情况;用Pro-Engineering软件建立板料、上辊及下辊三维几何模型,并将其导入ANSYS/LS-DYNA软件模块中,然后对卷板机进行模拟分析。

通过本课题的研究和分析,目的是为了明确对称式三辊卷板机结构设计的不合理之处,明确利用ANSYS/LS-DYNA软件模拟卷板机卷板过程是可以实现的,为卷板工艺的合理设计提供了理论依据。

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2. 国内外研究现状分析

对称三辊卷板机是一种能弯曲金属板材的成形设备,可以将钢板弯曲成筒状、弧状、锥状等各种形状的板件。三辊卷板机是重型机械行业中不可或缺的一份子,常应用于石油、化工、压力容器等重工业行业中。目前,卷板机行业向更大,更精密的方面发展,而卷板机行业面临的问题更多为产品结构优化设计的问题。

由于卷板过程中所用材料多是弹塑性材料,因此回弹就不可避免,这就导致所加工工件最终尺寸不易确定,精度难以保证。因此在卷板过程中,确定合适的工艺参数就成为滚弯加工过程的关键。传统的从大量加工经验中总结出来的方法通用性差,势必降低生产效率,增加生产成本,削弱产品在市场上的竞争力。有研究旨在通过对滚弯机理的研究和成形规律的总结,解决滚弯参数调整的难题,指导实际生产。同时,丰富滚弯工艺理论,为板料滚弯成形的研究提供新的研究手段。 有研究从理论分析和有限元仿真两个方面对板料滚弯过程进行了深入研究。 首先,基于板料弯曲理论,在总结现有研究的基础上,用强化型弹塑性模型材料代替理想弹塑性模型材料对滚弯形理论进行推导,揭示板料滚弯半径与中心辊下压量之间的关系,为卷板仿真提供了理论基础。并通过VB将计算过程编程,得出一个便于用户应用的界面。 其次,结合理论上的分析,借助有限元软件DEFORM-2D,以对称式三辊卷板机为研究对象,已有的试验为依据进行建模。对多次滚弯过程进行仿真,将仿真计算的结果和已有试验数据进行比较,证明了有限元法的可行性。在此基础上用有限元软件对一次成形理论计算出来的数据进行仿真,得出了比较理想的结果。接着进一步研究了滚弯过程中其它主要参数对板料成形半径的影响,分析了产生影响的原因。 最后,对板料在滚弯过程中以及回弹过程中横截面上的受力情况进行了仿真分析和研究。得出了板料在滚弯变形过程中的受力情况,以及变形最大处横截面上应力的分布隋况和回弹后的板料残余应力的分布情况。

再有研究通过微单元受力分析建立板材弯矩与对应截面处中性层半径间关系,利用静力平衡分别建立板材压弯与滚弯过程中各工艺参数间关系,通过数值计算求出结果,并且绘制出计算结果与相对成形曲率间的关系图。建立了考虑材料进入塑性变形后伴随产生的弹性变形对回弹影响的数学表达式。利用有限元软件ansys的LS-DYNA模块对板材滚弯过程进行准静力学仿真,对仿真结果进行分析,将得到的结果与理论计算结果进行对比,并且做出相应的对比图。 计算结果表明:相对硬化系数对于压弯工艺参数影响较大,尤其是对成形力影响最大。相对硬化系数越大,对上辊压下量的影响越小。相对硬化系数对于滚弯过程中的下辊压下量影响很小,对成形力影响较大。下辊中心距对于压弯和滚弯工艺参数的影响都较大,当最终成形半径确定后,压下量与下辊中心距基本呈线性关系。摩擦因子对于压弯和滚弯工艺参数的影响都很小。考虑材料进入塑性变形后伴随产生的弹性变形得到的回弹计算结果较忽略此部分弹性变形得到的计算结果更接近于经验公式,成形半径越大,前者的优势越大。上辊压下量确定后,从压弯结束到滚弯开始,成形力逐渐减小至稳定值,而成形半径会明显增大,不仅仅由于回弹的影响,更重要的原因是从压弯到滚弯板材受力情况的变化。模拟得到的结果与理论计算得到的结果吻合较好。

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3. 研究的基本内容与计划

1~3周:搜集市面上常见的对称式三辊卷板机资料,学习对称式三辊卷板机的工艺结构及板材卷制过程。

4~5周:用Pro-Engineering软件建立板料、上辊及下辊三维几何模型。

6~10周:对三辊卷板机工作辊板材的受力计算分析。

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4. 研究创新点

无。

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