H型钢矫直过程的有限元仿真

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法 。在 预见 变形 和应 力 较大 的 区域 , 型 钢 与矫 直辊 如
直辊组成一个矫直单元 , 此时矫直辊直接压在腹板上 ,
并 带 动翼缘 使整个 型钢 发 生 反弯 变 形 , 部 分 变形 中 这
包 括 弹性变 形 和塑 性 变 形 。 当型钢 经 过 矫 直辊 后 , 外
接 触 的地方 , 将单 元划 分 得 稠 密 一些 , 在其 它 区域 , 为 减 少节 点和 单元数 , 计算 速度 , 加快 单元 可 以划分 得稀
H型钢 在 加 热 、 轧制 、 却 、 处理 以及运 输 过 程 冷 热 中 , 往产 生各 种形状 缺 陷。为 了消 除这些缺 陷 , 往 H型 钢必 须进行 矫 直 。以往 对 型钢矫 直 的研 究 主要集 中在 理论 计算 上 , H 型钢 的分 析 , 把 它简 化 为 3块 相 对 仅 连在 一起 的板 材 , 加一定 的弯 矩 , 有将矫 直辊 和型 施 没
疏 一点 。
力取 消 , 弹性变 形恢 复 , 而塑性 变形永 久地 保 留在型 钢
中 , 为残余 变 形 , 就是 矫直 后 的效 果 。 成 也
以矫 直辊压 下 量 为 4m 时 的计 算 为 例 , 等效 m 其
从计算模型整体上来讲 , 矫直辊与型钢的全部单
元 数确 定在 8 0 O到 9oO个 之 间 , o 0 其计 算精 度可 以满
性 。
的对称 约束 , 以限制这 个方 向上 的位 移 。分析上 下 、 左 右挠 度和翼 缘斜 度矫 直过 程 , 界条 件基 本是一 样 的 。 边
2 矫 直 过 程 的 有 限元 仿 真
2 1 上下 挠度 矫直计 算 .
为 正确划 分单 元 , 先需 要 研究 H 型钢 变 形 区 的 首 几何 关 系 。其 变形 区分 为 : 板部 变形 区 、 缘变 形 区 腹 翼 和 腹板 与翼缘 结合 区 。其 中最主要 的变 形 区和研 究对
sn i g ANS S s f a e,t e s ag tn n r c s ft e H—b a h s b e i lt d w t e c l b n Y ot r w h t ihe ig po eso r h e m a e n s mu ae i v aia e — h
由于模 型 和载 荷 的对 称 性 , 只计 算 模 型 的 12 可 /
或 14 这 时需 要 在 对 称 剖 分 面 上施 加 垂 直 于剖 分 面 /,
在单 元类 型上 , 文选 用 S LD 5单 元 。这 种 类 本 O I4 型 的单 元适合 于仿 真 3 D实 体 结 构 。其 元 素 由 8点组 合 而成 , 每个 节点 都具有 、、 向的 3个 自 由度 , Yz方 具 有 塑性 、 潜变 、 膨胀 、 力 强化 、 变 形 和 大 应 变 的特 应 大
以应 该结 合生 产现 场实 际 的压 下量 来确 定计 算 时的位
移量。
翼缘 斜度 矫直 的模 型与挠 度矫 直 的模型 基本 是相
同的 , 同 的是 引入 了原 始 缺 陷 , 不 因为 H 型钢 翼 缘 的
钢为研 究对 象 , 由于 H 型 钢 的 总体 长 度 为 6 0~8 0m, 所 以对 于模 型来 讲 可 以假 设 为无 限长 , 而且 矫 直 机 的 刚度 和质量 都很 大 , 故将 H 型钢 边界 条 件 确定 为 两 端
工艺与检测 Th1 de eng n s cOy f 0 a T
H型 钢 矫 直 过程 的有 限 元仿 真
黄华栋① 臧 勇②
( 苏 州工 业职 业技 术 学院 , 苏 苏州 250 ; ① 江 114 ② 北 京科技 大 学机械 工程 学院 , 京 10 8 ) 北 0 03
摘 要 : H 型钢 矫直 过程为 研究对 象 , 以 建立 了矫直辊 与型 钢三辊 弯 曲矫直 的仿真模 型 ; 采用 AN Y S S软 件 ,
产 生裂 纹和 氧化铁 皮 脱 落 等 问题 的原 因 , 出 了改 善 提 H 型钢矫 直质 量 的合理 工艺方 案 。
来 讲 很 小 , 以采 用 不 将 原 所
始缺 陷 引 入 的方 法 , 将 H 即
型钢轮廓线 简化为 直线 , 对
于 上 下 、 右 的 型 钢 挠 度 采 左 取一 个相 当于挠 度 的矫 直 辊
倾斜 相 比其界 面尺 寸来 说 不 可 忽 略 , 将 其 原始 缺 陷 故
引入来建立几何模型 , 在截面上是 以型钢 H 0 × 0 20 10 的数 据来 建立模 型 的 。
1 2 计 算模型 . 1 2 1 单 元类 型与单 元划 分 ..
固定约束 , 其他边界为 自由状态 , 矫直辊的边界为固定 约束 。
T eF h EM i lt n o b a sr ih e ig smua i fH- e m tag t nn o
HUANG a o g Hu d n ①
Z ANG n ② Yo g

残 余应 力
仿 真
中图分类 号 : G1 6 T 5
【 uhuIstt o d s i eh o g ,uhu2 5 0 C N; S zo ntue f n uta T c nl y S zo 1 14, H i I rl o

Th1 de工暑与检测 enga s l c0ynTf ; 0
应力 和残 余应 变等 。计算 时应 注意 挠度 的引 进要 以测
量 的挠度 为根 据 , 也要考 虑 到测量 的误 差和 局 限性 , 所
触 。另外在 接触 的计 算 中 , 用 到 C ul 能和 渐 变 要 ope功
初始 穿透 的技 巧 。 12 4 边界 条件 .. 本文取 稳定 矫直 时在 中间 3个矫 直辊 下 的一段 型
dn i g,h rz n a e d n n a .Th te s s d rn ta g tnig a d r sd lsrs e n H—b a o o tlb n i g a d f ng i l e sr s e u g sr ih e n n e iua te s s i i e m h sbe n c lu ae ,h e s n o r c tt e co s o n ewe n t a g n b h sbe n sud a e ac lt d te r a o fc a ks a h r sp i tb t e he f n e a d we a e t — l id,a d t e r a o a e sr i h e i g s h me wa u o wa d t mp o e te q aiy o r d c s e n h e s n bl tag tn n c e sp tfr r o i r v h u lt fp o u t. Ke wo d y r s:H—b a ;Sr i h e i g;Elsi - a t EM ;Si l t n em tag tn n a tc plsi F c mu ai o
2 1 1 对模 型计 算 的描述 .. 在 建立 的模 型 中 , 当型钢经 过 3个 矫 直辊时 , 中间
的矫 直辊相 对 于两端 矫 直 辊 有一 个 压 下 量 , 3个矫 这
象是腹板与翼缘结合区 , 因此在这一 区域单元要划分
得 密一些 。在 矫 直 方 向上 也 采 取 分 段 划 分 单 元 的 方
12 3 接触 问题 .. 在 分析矫 直过 程 中考虑 到矫直 辊 与型钢 的接 触是
非 常必 要 的 , 因为 如果 忽略 接触 问题 , 直接在 型钢 上作 用 一定 的压下 量 , 产生 很 大的应 力集 中, 分析 结果 会 使 与 实际状 况相 去甚 远 。因而本 文将 接触 作为 主要 问题 之 一考 虑到矫 直过 程 中 , 而不 是将 其忽 略或 简化 , 提高
足要 求 。 1 2 2 材 料非 线性 问题 ..
应力 、 塑性应变 、 残余应力 , 残余变形如图2所示。
矫 直是一 个交 变 的 弹塑 性 弯 曲过程 , 矫直 力 的 在 作用 下 , 型钢 断面 发生变 形 , 一般 由弹性 弯 曲过渡 到弹 塑性 弯 曲 , 至沿 断 面高 度 会 产生 全 塑 性 变 形 J 因 甚 。 此 在计 算过 程 中要考虑 材料 非线性 问题 。
具, 也有很 多成 功 的范 例 J 。本 文 以 H 型钢 矫 直 过 程 为研究 对象 , 建立 矫 直 辊 与型 钢 三 辊弯 曲矫 直 的仿
真模 型 , 采用 大型通 用有 限元 软件 A S S 对 上下 、 NY , 左
因为 挠 度相 对 于 其 长度
右挠度和翼缘斜度矫直 中 H型钢 的应力与残余应力 状 态进 行有 限元计 算 , 析 了矫 直 时 翼缘 与腹 板 之 间 分
图1 H型钢挠度矫直 几何模型
1 矫直仿真模 型的建立
1 1 几何模 型 .
压 下 量 来 引 入 , 算 矫 直 时 计 的最大应 力 、 性 应 变 、 余 塑 残
国家 高 技 术 研 究 发 展 计 划 ( 6 项 目(0 9 A 3 5 5 、 83) 20 A 0 Z 1 ) 国家 自然 科 学 基 金 资助 项 目 (0 70 0 5751)
() ho o cai l nier g nvri f c neadT cnl eigB in 00 3 C N)  ̄S ol f hn a E gne n ,U iesyo i c n ehoo B in ,eig10 8 ,H c Me c i t Se y g j j
Absr c t a t:I h sp p r,a t r e o lb ndn d lh sb e sa ls e o smu a et e sr ih e ig p o e s n t i a e h e -r l e ig mo e a e n e tb ih d t i l t h tag t nn r c s .U—