橢圓孔型連軋大圓鋼三維熱力耦合彈塑性有限元分析

?1994-2010chinaacademicjournalelectronicpublishinghouse.allrightsreserved.http://www.cnki.net 收稿日期:2004-06-09,修訂日期:2004-07-20 作者簡介:潘紅波(1978-),男,安徽工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院碩 士研究生。 初軋機(jī)軋制大圓鋼孔型設(shè)計(jì)與有限元分析 潘紅波1,陳　琳2,章　靜1,閻　軍1 (11安徽工業(yè)大學(xué)材料工程學(xué)院,安徽　馬鞍山　243002; 21寶山鋼鐵股份有限公司條鋼廠,上?！?01900) 摘　要:用非線性有限元分析軟件msc.marc/superform對ф300mm大圓鋼在初軋機(jī)的軋制過 程進(jìn)行了三維有限元模擬。通過對軋件的變形

根據(jù)ф16mm圓鋼的軋制規(guī)程,運(yùn)用有限元分析軟件ansys中的ls-dyna大變形彈塑性顯式分析動力學(xué)模塊,對終軋機(jī)架在分別采用雙半徑圓弧和切線擴(kuò)張角兩種成品孔型條件下的熱連軋過程進(jìn)行有限元模擬。對比分析了同一軋件在不同孔型中的金屬流動特性和應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律。結(jié)果表明,有限元模擬結(jié)果與實(shí)際生產(chǎn)過程相吻合;對同樣采用30°擴(kuò)張角的兩種孔型而言,軋件在雙半徑圓弧成品孔型中的表面受力和總體應(yīng)變分布更為均勻;軋件在成品孔型的圓弧擴(kuò)張部位受到的應(yīng)力較大,使軋輥軋槽表面磨損不均;采用材質(zhì)硬度更高的成品軋輥,可以降低軋槽表面的磨損程度,延長軋輥孔型的使用壽命,節(jié)約生產(chǎn)成本。

通過三維有限元方法來研究單軸拉伸情況下,含圓孔有限厚度板的圓孔邊緣附近的彈塑性應(yīng)力場,直觀地分析了三維彈塑性含圓孔板的塑性區(qū)分布和應(yīng)力分布;同時(shí)找出了離面約束系數(shù)tz和應(yīng)力集中系數(shù)kt隨不同板厚的變化規(guī)律,并將其與彈性狀態(tài)和平面狀態(tài)做了對比說明了其獨(dú)有的特征。

借助大型非線性有限元軟件,建立銅管的三輥連軋三維有限元模型,對軋制過程進(jìn)行了熱力耦合分析,獲得了軋制過程的銅管截面應(yīng)變及金屬流動規(guī)律,對軋制過程中軋制力和管壁厚度方向的溫度變化進(jìn)行了分析。

針對生產(chǎn)小直徑管材傳統(tǒng)方法的不足,提出用y型軋機(jī)軋制小直徑無縫鋼管的新工藝;并在有限元變形理論的基礎(chǔ)上,采用msc.marc有限元軟件和接觸分析技術(shù)對平三角孔型連軋小直徑鋼管過程進(jìn)行了三維彈塑性熱力耦合模擬仿真,以動態(tài)圖像形式反映了金屬的變形過程,得到應(yīng)變分布情況。為y型軋機(jī)在小直徑鋼管生產(chǎn)中的應(yīng)用提供了理論依據(jù)。

以qf-ⅱ型潛孔鉆頭為原型,應(yīng)用有限元分析軟件ansys闡述了潛孔鉆頭本體結(jié)構(gòu)的有限元模型建立、網(wǎng)格劃分、材料的本構(gòu)關(guān)系、邊界條件的處理等相關(guān)問題,對不同牙齒過盈量時(shí)鉆頭本體應(yīng)力的分布情況進(jìn)行了模擬研究,并得出了相應(yīng)的vonmises應(yīng)力分布圖,為合理進(jìn)行潛孔鉆頭本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了依據(jù)和校驗(yàn)方法。

考慮補(bǔ)強(qiáng)圈與圓柱殼作為一個(gè)整體子模型和接觸子模型,對開孔補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)的圓柱殼進(jìn)行了彈性和彈塑性有限元應(yīng)力分析。比較兩個(gè)子模型和彈性/彈塑性有限元分析的結(jié)果,發(fā)現(xiàn)接觸子模型和整體子模型的圓柱殼開孔應(yīng)力分布相似,但接觸子模型和整體子模型在殼體和補(bǔ)強(qiáng)圈之間的接觸面上的應(yīng)力分布存在差異。對不同直徑的接管和不同傾角的接管進(jìn)行了有限元分析,分析表明,應(yīng)力分布及最大應(yīng)力受傾角的影響較大,受直徑變化的影響不大。

通過建立面板堆石壩三維有限元模型,并采用南水模型將整個(gè)加載過程分為若干個(gè)荷載步,體現(xiàn)了堆石料復(fù)雜變形特性和施工分期填筑逐級加載的特點(diǎn),同時(shí)采用中點(diǎn)增量法求解,對兩種計(jì)算工況下的結(jié)果進(jìn)行了整理分析比較,得出了一些有價(jià)值的結(jié)論。

深基坑開挖支護(hù)三維彈塑性有限元分析——為了更進(jìn)一步認(rèn)識黃土與柔性支擋結(jié)構(gòu)協(xié)同工作機(jī)理及相互作用，將基坑、支護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊的土體放在一個(gè)系統(tǒng)中作為一個(gè)整體進(jìn)行研究，針對工程實(shí)例，采用大型非線性有限元分析軟件adina對黃土地區(qū)樁加錨桿支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了施...

本文用鄧肯-張(duncan-chang)模型和雙屈服面彈塑性模型對國內(nèi)一座180m高的面板壩進(jìn)行了三維空間有限元非線性分析和彈塑性分析。結(jié)果表明,鄧肯模型不能反應(yīng)堆石體的剪縮特性,計(jì)算的面板應(yīng)力較大,下游坡變形方向與實(shí)測不符,而彈塑性模型的結(jié)果比較符合已有的經(jīng)驗(yàn)。

同時(shí)對某水電站引水隧道系統(tǒng)進(jìn)行了三維粘彈塑性有限元數(shù)值模擬和三維彈塑性有限元數(shù)值模擬。分析對比了圍巖結(jié)構(gòu)的受力、變形演化狀況,評價(jià)了隧道開挖系統(tǒng)的穩(wěn)定性。結(jié)論表明軟巖流變性對隧道穩(wěn)定性的影響顯著。

有限單元法是巖土工程中最常用的一種數(shù)值計(jì)算方法,但是面對大型巖土工程,地質(zhì)條件復(fù)雜、分析范圍大,其計(jì)算精度往往不夠,為了提高計(jì)算精度而細(xì)化計(jì)算網(wǎng)格,增加單元的數(shù)量,又會造成計(jì)算量大,單機(jī)計(jì)算能力不足的矛盾。針對以上問題,在區(qū)域分解和共軛梯度算法的基礎(chǔ)上,采用visualc++6.0開發(fā)基于windows平臺的三維彈塑性并行有限元程序parallelgeofem3d,并在分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中調(diào)試通過。對水布埡電站尾水洞階段洞室的開挖過程進(jìn)行詳細(xì)的模擬,單元數(shù)量達(dá)到100×104個(gè),開挖步為20步。計(jì)算結(jié)果表明,該程序可以對大型巖土工程施工方案進(jìn)行快速準(zhǔn)確的分析計(jì)算。

本文采用彈塑性有限元方法,系統(tǒng)研究了結(jié)構(gòu)尺寸d/t,r/d(名義直徑和壁厚之比,肩部半徑和主管名義直徑之比)對擠壓三通應(yīng)力分布的影響。計(jì)算結(jié)果表明增大三通肩部過渡半徑可以降低主、支管過渡區(qū)的最大應(yīng)力,同時(shí)也使得該部位的高應(yīng)力范圍擴(kuò)大,增大壁厚能夠有效的降低相貫區(qū)和腹部的應(yīng)力水平,但并不會改變應(yīng)力分布規(guī)律,研究結(jié)果可為三通優(yōu)化設(shè)計(jì)和含缺陷結(jié)構(gòu)的完整性評定提供依據(jù)

借助有限元模擬軟件ansys/ls-dyna對304不銹鋼線材橢圓孔型兩道次冷連軋過程進(jìn)行三維彈塑性有限元模擬,得出軋件在軋制過程中的等效應(yīng)力、應(yīng)變、金屬流動、寬展等結(jié)果。模擬所得軋件的寬展與實(shí)驗(yàn)值的對比證實(shí)了利用有限元軟件ansys/ls-dyna進(jìn)行模擬的可靠性。

在gleeble1500熱模擬機(jī)上試驗(yàn)得到q235b材料在高溫和不同應(yīng)變速率條件下的真實(shí)應(yīng)力應(yīng)變曲線,并以此建立剛-粘塑性有限元模型。運(yùn)用商業(yè)有限元軟件abaqus模擬熱軋h型鋼的開坯過程。通過計(jì)算可以分析軋件開坯過程中的應(yīng)力場分布規(guī)律和壓下力的大小,了解軋件開坯過程中的金屬變形和流動情況。為h型鋼開坯工藝的改進(jìn)和預(yù)測產(chǎn)品外形和質(zhì)量提供參考。

目的從損傷力學(xué)的角度,對傳統(tǒng)的劍橋模型進(jìn)行修正.方法通過建立一種土體損傷演化本構(gòu)模型,研究常見的中心差分、galerkin差分和全隱式差分等3種格式對biot固結(jié)損傷有限元分析的影響變化規(guī)律.結(jié)果3種差分格式對利用biot固結(jié)損傷有限元計(jì)算路基沉降和孔壓時(shí)的影響很小,得到的解答基本一致;但crank-nicholson差分、galerkin差分和全隱式差分等這三種積分常數(shù)在影響材料損傷發(fā)展方面不同,crank-nicholson差分影響最小,而全隱式差分影響最大;在影響材料硬化率方面,影響規(guī)律與損傷發(fā)展影響規(guī)律正好相反,即crank-nicholson差分影響最大,而全隱式差分影響最小.結(jié)論修正后的模型對于解決包含此類問題的工程難題具有一定的參考價(jià)值.

給出了軟化材料彈塑性有限元分析的基本算法:選用顯式euler法作為本構(gòu)積分方案;在結(jié)構(gòu)未達(dá)到極限荷載前采用初應(yīng)力法配合thomas加速方案作為平衡迭代方法;而當(dāng)結(jié)構(gòu)接近極限荷載時(shí),程序轉(zhuǎn)換為弧長法控制迭代,使結(jié)構(gòu)越過極值點(diǎn)進(jìn)入軟化區(qū)直至破壞。最后,討論了該領(lǐng)域面臨的重要問題——由于材料軟化而導(dǎo)致的應(yīng)變局部化現(xiàn)象及其有限元模擬。

通過提高入爐原料的潔凈度、合金烘烤、lf爐底吹氬、爐渣堿度控制、真空脫氫和保護(hù)澆注,冶煉出成分均勻、鋼質(zhì)純凈的合格pcrni1mo鋼錠;鋼錠分段加熱,最高加熱溫度1240℃,總加熱時(shí)間約13h;開軋溫度不低于1150℃,終軋溫度不低于870℃,終軋速度3～4m/s,軋后堆垛緩冷。萊鋼開發(fā)的φ200mm規(guī)格pcrni1mo圓鋼實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn),產(chǎn)品性能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)工藝,借助msc.marc有限元分析軟件,建立寬帶鋼多道次熱連軋有限元模型,對寬帶鋼的軋制過程的溫度場、軋制力特性等進(jìn)行了仿真研究。仿真結(jié)果與實(shí)測值誤差非常小,終軋溫度與實(shí)測溫度誤差在±13°c以內(nèi),各道次軋制力與實(shí)測值誤差在±10%以內(nèi)。在此基礎(chǔ)上,討論不同工藝參數(shù)對帶鋼溫度場,軋制力的影響,為優(yōu)化軋制工藝提供理論依據(jù)。

通過對填石料動力特性的室內(nèi)試驗(yàn)研究,探討了填石料在振動壓實(shí)中的沉降量和內(nèi)部土壓力變化,并采用drucker-prager彈塑性本構(gòu)模型對填石路基的動力特性進(jìn)行了有限元分析。結(jié)果表明,理論值與實(shí)測值吻合較好,即使在較大的動力荷載作用下,填石料內(nèi)部產(chǎn)生的塑性區(qū)也只是暫時(shí)和局部的,仍可維持其整體穩(wěn)定,并具有應(yīng)變硬化的動力特性。

淺埋壓力鋼管計(jì)算一般利用結(jié)構(gòu)力學(xué)方法進(jìn)行計(jì)算,設(shè)計(jì)過程中未考慮鋼管加勁環(huán)對鋼管加固的空間受力,計(jì)算結(jié)果偏保守.采用整體有限元方法,對某工程淺埋鋼管進(jìn)行了分析,較好地反應(yīng)了鋼管的實(shí)際的受力狀態(tài),為施工圖設(shè)計(jì)提供了依據(jù).

舊路拓寬全過程三維有限元分析——舊路拓寬是西部山區(qū)高等級公路建設(shè)中的重要課題。運(yùn)用巖土工程專業(yè)軟件包plaxis3dtunnel，對舊路拓寬進(jìn)行了全過程的三維彈塑性有限元數(shù)值模擬，包括新路基的填筑，路面各結(jié)構(gòu)層的鋪筑及輪載最不利位置的施加等，重點(diǎn)分析了新...