本文關(guān)鍵詞：大型卷板機工作輥有限元力學(xué)分析及疲勞壽命研究

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【摘要】：金屬板料成形技術(shù)在國民生產(chǎn)和制造業(yè)中一直處于非常重要的地位，隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展和綜合國力的提高，金屬板料成形技術(shù)應(yīng)用將會更加廣泛。板料成形方法通常有擠壓、拉拔、軋鍛三種，板料成形設(shè)備有壓力機、卷板機、折彎機等。近年來，隨著我國航海業(yè)和造船業(yè)的不斷發(fā)展，尤其對大型軍用艦艇的需求日益增加，船用卷板機的重要作用得到越來越多人的關(guān)注。大型卷板機成形力大，工作輥受力復(fù)雜，在長期的交變應(yīng)力作用下，工作輥容易發(fā)生疲勞失效，進而產(chǎn)生裂紋、磨損、剝落等破壞，嚴重時甚至發(fā)生輥身斷裂，不僅影響成形件的質(zhì)量，而且還可能造成重大的經(jīng)濟損失和安全隱患。因此，對卷板機工作輥疲勞壽命的研究具有十分重要的意義。 本文采用有限元軟件建立卷板成形有限元模型，對不同成形力、不同成形速度和板材厚度條件下的卷板成形過程進行數(shù)值模擬研究，并將數(shù)值模擬研究的數(shù)據(jù)文件導(dǎo)入到疲勞分析軟件中進行工作輥壽命的分析，對比分析了不同成形參數(shù)下的工作輥疲勞壽命，得出影響工作輥疲勞的關(guān)鍵因素。主要研究內(nèi)容如下： 1.對卷板模型中各部件的單元類型、材料屬性、邊界條件、網(wǎng)格劃分等進行了詳細的分析，在此基礎(chǔ)上建立了卷板成形有限元模型。 2.基于建立的卷板成形有限元模型，詳細分析了成形過程中各個階段工作輥的應(yīng)力狀態(tài)。研究發(fā)現(xiàn)，工作輥上最大接觸應(yīng)力和等效應(yīng)力位于工作輥與支承輥的接觸部分，此區(qū)域是容易發(fā)生疲勞的危險部位。另外，對比研究了卷板過程中上、下工作輥與支承輥的接觸應(yīng)力和等效應(yīng)力，分析了工作輥的疲勞壽命，研究表明，工作輥的壽命最低點位于工作輥與支承輥接觸部分的附近區(qū)域，說明受力狀況對疲勞具有重要影響。 3.基于建立的卷板成形有限元模型，縱向比較了成形力、工作輥轉(zhuǎn)速和板材厚度對工作輥疲勞壽命的影響。研究表明，在一定范圍內(nèi)，成形力越大，對工作輥損害越大，工作輥疲勞壽命越低；工作輥轉(zhuǎn)速越快，工作輥疲勞損傷越嚴重，其疲勞壽命越低；成形板材越厚，對工作輥抵抗和破壞越大，工作輥疲勞壽命越低。在相同成形力、工作輥轉(zhuǎn)速或板厚的條件下，對比分析了上、下工作輥的疲勞壽命。研究表明，下工作輥結(jié)構(gòu)設(shè)計較為合理，不會發(fā)生疲勞，上工作輥由于承受更大的應(yīng)力和損傷，容易產(chǎn)生疲勞失效。因此，在設(shè)計工作輥時，應(yīng)當(dāng)改善上工作輥的尺寸或材料，在實際生產(chǎn)當(dāng)中，要合理控制成形力、工作輥轉(zhuǎn)速和板厚的大小。 4.在疲勞壽命分析的基礎(chǔ)上，對下工作輥的尺寸進行了優(yōu)化，研究表明，，在不影響卷板機整體使用壽命的前提下，下工作輥直徑可以減少50mm。
【關(guān)鍵詞】：疲勞壽命 卷板成形 工作輥 數(shù)值模擬 成形參數(shù)
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG305
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-8
• 目錄8-12
• 第1章 緒論12-22
• 1.1 引言12
• 1.2 國內(nèi)外卷板機的研究現(xiàn)狀12-15
• 1.2.1 國外卷板機發(fā)展概況12-14
• 1.2.2 國內(nèi)卷板機發(fā)展概況14-15
• 1.3 疲勞研究現(xiàn)狀15-17
• 1.4 數(shù)值模擬發(fā)展概況17-19
• 1.4.1 數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀17-18
• 1.4.2 有限元分析軟件 ABAQUS18-19
• 1.5 課題的研究背景及意義19-20
• 1.6 課題的主要研究內(nèi)容20-22
• 第2章 疲勞分析理論22-34
• 2.1 疲勞基本概念22
• 2.2 影響疲勞的因素22-26
• 2.2.1 應(yīng)力集中的影響22-23
• 2.2.2 零件表面狀況的影響23-24
• 2.2.3 零件尺寸的影響24-25
• 2.2.4 其它因素的影響25-26
• 2.3 疲勞壽命分析方法26-28
• 2.3.1 名義應(yīng)力法26-28
• 2.3.2 局部應(yīng)力-應(yīng)變法28
• 2.4 疲勞累積損傷理論28-29
• 2.5 卷板成形工藝29-33
• 2.5.1 卷板成形原理29-30
• 2.5.2 卷板工藝參數(shù)計算30-32
• 2.5.3 卷板模型簡化32-33
• 2.6 小結(jié)33-34
• 第3章 卷板成形有限元模型34-44
• 3.1 有限元理論34-36
• 3.1.1 屈服準則34-35
• 3.1.2 動態(tài)顯式算法35-36
• 3.1.3 彈塑性材料的本構(gòu)關(guān)系36
• 3.2 有限元模型參數(shù)的確定36-43
• 3.2.1 卷板機參數(shù)37-38
• 3.2.2 模型分析38-39
• 3.2.3 幾何建模39
• 3.2.4 材料參數(shù)的設(shè)定39-40
• 3.2.5 分析步的設(shè)定40
• 3.2.6 相互作用的處理40-41
• 3.2.7 載荷的設(shè)置41
• 3.2.8 網(wǎng)格劃分41-43
• 3.3 小結(jié)43-44
• 第4章 工作輥應(yīng)力場分析44-56
• 4.1 引言44
• 4.2 卷板成形過程的數(shù)值模擬44-49
• 4.2.1 成形開始44-46
• 4.2.2 成形過程中46-48
• 4.2.3 成形結(jié)束后48-49
• 4.3 卷板過程應(yīng)力分析49-55
• 4.3.1 接觸應(yīng)力分布50-52
• 4.3.2 等效應(yīng)力分布52-55
• 4.4 小結(jié)55-56
• 第5章 工作輥疲勞壽命研究56-78
• 5.1 FE-SAFE 簡介56
• 5.2 采用 FE-SAFE 分析卷板機工作輥壽命56-60
• 5.2.1 數(shù)據(jù)導(dǎo)入57
• 5.2.2 材料的設(shè)置57-58
• 5.2.3 FE-SAFE 算法58-59
• 5.2.4 應(yīng)力集中系數(shù)的設(shè)置59
• 5.2.5 疲勞結(jié)果的讀取59-60
• 5.3 工藝參數(shù)對工作輥疲勞壽命的影響60-75
• 5.3.1 成形力對工作輥疲勞壽命的影響60-66
• 5.3.2 工作輥轉(zhuǎn)速對工作輥疲勞壽命的影響66-71
• 5.3.3 板材厚度對工作輥壽命的影響71-75
• 5.4 下工作輥尺寸優(yōu)化設(shè)計75-77
• 5.5 小結(jié)77-78
• 第6章 結(jié)論與展望78-80
• 參考文獻80-86
• 致謝86

【參考文獻】

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本文編號：739343