文档介绍：基于ANSYS高速钢轧辊的有限元分析
摘要:根据某钢厂高速钢轧辊轧制板材的情况,采用大型有限元软件ANSYS建立了高速钢轧辊工作过程的三维热-力耦合模型,并根据实际工艺过程确定了模拟计算时需定义的边界条件,得到了工作辊工作后的轧基于ANSYS高速钢轧辊的有限元分析
摘要:根据某钢厂高速钢轧辊轧制板材的情况,采用大型有限元软件ANSYS建立了高速钢轧辊工作过程的三维热-力耦合模型,并根据实际工艺过程确定了模拟计算时需定义的边界条件,得到了工作辊工作后的轧制力分布、温度变化规律及热应力变化规律。探究裂纹扩展的基本规律,为提高高速钢轧辊寿命、降低实验成本奠定了基础。
关键词:工作辊 高速钢 ANSYS
选择单元:辊身采用弹性材料,辊径采用刚性材料。轧件以一定的速度咬入轧辊,在轧制力作用下轧出。将模型的密度放大100倍进行分析,缩短计算时间。采用隐式格式求解多维问题,本文对轧辊的研究采用以下基本假设:连续性假设,完全弹性的假设,均匀性假设,各向同性假设,小变形假设。采用平面应变理论进行建模与分析。
模型简化:由于轧制过程的复杂性以及计算条件的局限性,在模拟时需要对实际轧制过程做一定的简化与假设,由于轧辊在工作过程中既受轧制力的作用,又受温度变化的影响,因此本文利用ANASYS 软件,采用SOLID5热―应力直接耦合单元建立模型。考虑到轧辊的对称性,故采用实体的1/4进行建模。其建模方法是首先建立2个组合矩形,然后沿特定的轴将2哥组合矩形旋转360度形成圆柱体,然后对工作辊和支承辊的辊身和辊颈进行布尔运算,先进行体粘合,然后对相关粘在一起的线和面进行加运算,目的是减少节点的数目和内部边界,使模型成为一个无缝的整体,有利于得到准确的结果,同时也大大减少了计算时间。,这是为了避免出现沙漏现象。轧件的长度为轧制时间乘以轧件速度,但要比计算出的长度大一些,目的是满足有一个完整的轧制过程,同时也要保证工作辊能完全的工作一周。
网格划分:将轧件等划分为体单元,主要目的是将每一个体划分成一个规则的六面体,这样在接下来的划分网格过程中将模型划分为规则的“六面体单元”,对辊套表面和轧件进行的细致划分,对芯部采取了简单的映射划分,因为研究的主要对象就是工作辊辊套,对其划分11660个单元。选用六面体单元,这种单元计算精度高,且计算代价低。
应力场分析
轧制力是轧制过程中重要的过程参数,轧制力的大小直接影响辊套的正常工作,本文将轧制力分为轧件表面作用力和工作辊表面作用力,为此正确分析其值,对工作辊表面裂纹扩展情况有重要的参考价值。采用ANSYS-LS DYNA后处理器,可获得更好的轧件表面作用力和工作辊表面作用力的变化图像。
(1)工作辊表面的作用力在轧制的初期由于与高温轧件的接触,变化幅度较大,随着轧制的进行增幅趋于稳定,平均增幅在150 左右,,变化幅度比较剧烈,轧制结束后,工作辊表面的作用力稳定在4000 。
(2)工作辊等效应力比较大的区域有3个,与轧件接触区、与支承辊接触区、辊径与辊身连接处,其中与支撑辊接触区域的等效应力变化最大,