轧机弹性变形

板带材轧机中辊系弹性变形的建模与分析在板带材轧机中，辊系是一个至关重要的组成部分，它负责将板带材经过多次轧制，实现所需的加工效果。

然而，由于工作条件和材料特性的限制，辊系在工作过程中会产生弹性变形，这种变形对轧机的加工效果和产品质量有着重要影响。

因此，对板带材轧机中辊系的弹性变形进行建模与分析具有重要意义。

首先，我们需要了解辊系的结构和工作原理。

辊系通常由多个辊子组成，其中上辊和下辊相互压紧，并通过驱动装置带动带板材料经过辊子进行轧制。

在工作过程中，轧机会对带板施加一定的压力，使其发生塑性变形，但同时也会使辊系受到一定程度的变形应力。

为了对板带材轧机中辊系的弹性变形进行建模和分析，我们可以采用有限元方法。

有限元方法是一种广泛应用于工程领域的数值计算方法，它将复杂结构的物体分割成有限数量的小单元，通过数学方程模拟每个小单元的行为，最终得到整个结构的应力、位移和变形等参数。

在进行有限元建模之前，我们需要收集一些必要的辊系参数，如辊子的尺寸、材料特性以及受力情况等。

这些参数对于建模分析非常重要，可以通过实验或数值模拟得到。

接下来，我们可以使用专业有限元分析软件，如ANSYS或ABAQUS，对辊系进行建模。

首先，我们需要将辊子的实际几何形状转化为计算机能够识别的几何模型，并设置辊子材料的本构关系。

然后，我们将整个辊系结构进行离散化，将其划分为有限数量的小单元，例如三角形或四边形单元。

然后，我们可以设置辊子之间的接触条件和边界条件。

接下来，我们定义辊子上的加载情况，即施加在辊子上的压力和力矩。

最后，我们就可以通过有限元计算，得到辊子的应力、变形和位移等数值结果。

通过对板带材轧机中辊系的弹性变形进行建模与分析，我们可以得到以下几个方面的结果。

首先，我们可以得到辊子的应力分布情况。

辊子在工作中承受着复杂的应力状态，了解各个位置的应力大小和分布情况，可以帮助我们评估辊子的强度和稳定性。

其次，我们可以得到辊子的变形情况。

机械加工过程中的弹性变形与变形机理研究在机械加工过程中，材料的变形是难以避免的现象。

而其中的弹性变形与变形机理一直是研究的热点。

本文将通过对弹性变形与变形机理的探索，以及对相关实验和理论研究的分析，来探讨这一领域的进展和挑战。

一、弹性变形的定义与特点弹性变形是指材料在受力作用下发生可逆的形变。

它具有以下特点：1. 弹性变形的存在是由于材料内部原子或分子的位移和重新排列引起的，一旦外力消失，材料将恢复到原来的形状。

2. 弹性变形的程度与外力的大小成正比，但是与材料的性质也有关系。

3. 弹性变形发生在材料的线性弹性范围内，超过线性弹性范围则会发生塑性变形。

二、弹性变形的机理研究弹性变形的机理研究关注的是材料在受力作用下原子或分子的位移和重新排列的过程。

目前，研究者们通过实验和理论模型的方法来探索弹性变形的机理。

实验方面，一些常用的方法包括拉伸试验、压缩试验以及压痕试验等。

通过观察材料的变形现象、测量材料的弹性模量和应力-应变关系等参数，可以获得一些关于材料弹性变形机理的信息。

理论方面，弹性变形的机理可以通过分子动力学模拟、分子力学理论以及有限元分析等方法来研究。

这些方法可以模拟材料内部原子或分子之间的相互作用，并通过计算得到材料的应力分布和变形规律。

三、弹性变形的应用与挑战弹性变形在机械加工中具有重要的应用价值。

比如，在激光切割、数控加工和冷冲压等加工过程中，材料的弹性变形是不可忽视的因素。

准确地预测和控制材料的弹性变形能够提高加工精度和效率，降低材料的损伤和浪费。

然而，实践中存在一些挑战。

首先，弹性变形机理的研究还没有达到完全的一致性，不同的实验和理论模型之间仍然存在差异。

其次，材料的弹性性质也会受到温度、应变速率和材料的微观结构等因素的影响，这使得真实工况下的弹性变形机理更加复杂。

最后，对于一些非常薄的材料或者复合材料，弹性变形的研究也存在一定的难度。

为了解决这些挑战，研究者们需要进一步探索弹性变形的机理，建立更加准确和完备的理论模型，并结合实验和数值模拟相结合的方法来加深对这一领域的认识。

第一节 轧制变形基本原理1、金属的塑性变形与弹性变形1.1 影响金属热塑性变形的主要因素影响金属热塑性变形的因素，有金属本身内部因素和加热等外部条件。

1) 钢中存在碳及其他合金元素，使钢的高温组织，除有奥氏体外，还有其他过剩相。

这些过剩相降低钢的塑性。

钢中的杂质也是影响金属热塑性变形的内在因素，钢中的硫能使钢产生热脆。

2）影响热轧时塑性变形的外部条件有加热介质和加热工艺，对碳钢而言，当变形条件相同时，变形金属的化学成分及组织结构不同，温度对塑性的影响也不同，如图1-2-1。

图中I 、II 、III 、IV 表示塑性降低区域（凹谷）；1、2、3表示塑性增高区域（凸峰）。

I 区中钢的塑性很低；II 区（200-400℃）——“蓝脆”区中，钢的强度高而塑性低；III 区（850-950℃）——相变温度区又称“热脆”区，钢通常一个相塑性好，另一个相塑性较差；IV 区接近于钢的熔化温度，钢在该区加热时易发生过热或过烧，这时钢塑性最低。

所以，碳素钢热加工时的最有利的温度范围是1000-1250℃。

对合金钢而言，加热介质尤为重要。

镍含量达2-3%以上的合金钢，在含硫气氛中加热时，硫会扩散到金属中，并在晶界上形成低熔点的Ni 3S 2化合物，因而降低了金属的塑性。

含铜超过0.6%的钢，有时甚至是含铜0.2-0.3%的钢，如在强氧化气氛中较长时间的高温加热时，由于选择性氧化的结果，在钢的表面氧化铁皮下会富集一薄层熔点低于1100℃的富铜合金，这层合金在1100℃时熔化并侵蚀钢的表面层，使钢在热轧加工时开裂。

3）热轧温度选择不合适，也会给金属带来不良的影响。

当终轧温度过高时，往往会造成金属的晶粒粗大；若终轧温度过低时，又会造成晶粒沿加工方向伸长的组织，并有一定的加工硬化。

在这两种情况下，金属的性能都会变坏。

所以，合理控制金属的热轧温度范围，对获得所需要的金属组织和性能，具有重要意义。

1.2 金属的弹性变形金属晶格在受力时发生歪扭或拉长，当外力未超过原子之间的结合力时，去掉外力之后晶格便会由变形的状态恢复到原始状态，也就是说未超过金属本身弹性极限的变形叫金属的弹性变形。

轧机弹塑性曲线的测定1.实验目的掌握测定轧机刚度所采用的固定辊缝法，了解刚度系数K的意义及其对板材厚度的影响。

并了解轧件在轧制过程中的塑性特性。

2.实验仪器设备130轧机，轧制工艺参数及计算机采集系统，千分尺，钢试件3.实验原理3.1.轧机刚度系数轧机刚度是指轧机抗弹性变形的能力，刚度系数的测定为：当轧机的辊缝值产生单位长度的增量时所需到的轧制力的增量。

即∆P：轧制力的增量，∆f：弹跳值的增量3.2.轧机弹性曲线轧机的弹性曲线如图所示，则轧出的钢板的厚度为：即P=K(h—)其中，K:轧机刚度系数，：轧机辊缝3.3.轧机塑性曲线由塑性方程可知，轧制力大小与轧件变形时的压下量有关，其公式为其中：平均单位压力b，h：钢板的宽度和厚度H:轧件的厚度R:轧辊半径由于平均单位压力是的函数，其方程为一非线性方程，塑性变形曲线如上图所示。

4.实验步骤4.1.轧机刚度测量1.取厚度不同的钢试件五块，精确测量其厚度。

2.调整辊缝为0.675mm3.分别将五块试件送入轧机，每块轧制时要求记录该试件的轧制压力和轧后的厚度（取六个点，去除最大最小后取均值），填入表一中。

4.2.轧件塑性曲线1. 取厚度相同的钢试件四块（1.5mm），精确测量其精度。

2.第一块以=0.2mm轧制，第二块以=0.6mm轧制，第三块以=0.8mm 轧制，第三块以=1mm轧制。

3.每块轧制时要求记录该试件的轧制压力和轧后的厚度（取六个点，去除最5.数据处理及分析5.1.数据及处理表三至表七所列数据分别为各轧件原始厚度测量数据、轧机刚度试验时轧件厚度测量数据、轧件塑性试验时轧件厚度测量数据、轧机刚度试验时电脑记录数据、轧件塑性试验时电脑记录数据。

由以上各表数据，处理后可得表一、表二数据。

5.2.实验分析由表一数据可作出轧机弹性曲线如图一所示。

由表二数据可作出轧件塑性曲线如图二所示。

图二由公式P=K(h—)及表一数据作出P与（h—)的图像如图三所示，比例系数K即为轧机刚度系数。

利用有限元分析轧机变形辅助轧机加工特别是在大的变形弹塑性有限元基本理论基础上，采用有限元数值模拟的方法，应用UGNX6.0通用有限元分析软件，建立了轧机机架的弹塑性有限元分析模型，揭示了吊点对轧机的应力、以及应变场的分布规律。

找到轧机变形最小，且在弹性变形内的分布情况，找到最合理的吊运方式。

标签：塑性变形；弹性变形；模拟分析、有限元数值仿真1 轧机的垂直装配对结构的变形影响軋机的正常装配过程中，为立装状态。

由于受力的原因，轧机窗口都会有一个不同程度的回收，而且这个回收的数值还都不一样。

分析造成该原因，主要还是轧机的结构单薄，重量过大，支撑面又过于分开导致。

所以，立装时轧机窗口都有一个回收的过程，由于轧机结构的不同也有很大的差别。

越是单薄的机架，回收的现象越是严重。

底板越是靠近于轧机窗口的中间位置，其变形也同样越是严重。

分析变形的原因，其根本为受重力导致变形的影响，但是变形量的多少一直很困扰我们。

我们利用有限元来分析，到底对该变形对轧机的影响有多大。

我们是在dell690工程工作站上，利用美国UGS公司的大型工程分析软件UGNX6.0进行的有限元分析。

首先我们建立实体模型图，根据实际受力的情况，将轧机的接触单元分别进行模拟受力分析。

选取的材质为接近轧机实际材质性能。

如图1所示为机架的有限元模型图，图中浅色的部分为单元，深色的部分为载荷，其余的部分为约束。

为了使分析更接近实际，将基座放到分析模型中，在机架与基座间建立接触，如图1所示接触的非线性接触有限元分析。

我们对轧机的对称面施加对称约束，基座底部施加刚度约束的同时施加自重载荷。

就得到了，图2为机架垂直方向的变形图，最大变形量为0.0529mm，总变形量为0.0508-0.0356=0.0152mm。

如图3所示为机架水平方向的变形图，最大变形量为0.062mm，总变形量为0.062×2=0.124mm，为立柱内收变形。

机架窗口的变形为：垂直方向变形为0.0152mm；水平方向变形为0.124mm 的立柱内收变形。