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有限元分析法在轧辊设计中的应用[摘要]轧辊是轧钢机中直接轧制轧件的主要部件，在轧制过程中，轧辊直接与轧件接触，强迫与轧件发生塑性变形。
同时轧辊承受着巨大的轧制压力，轧辊本身的旋转使其应力随时间做周期性的变化。
本文采用有限元分析法取代了传统的设计校核方法，解决了在轧辊设计中用解析法难以解决的复杂问题。
【关键词】有限元分析法；轧辊；NASTRAN软件；应力有限单元法是综合现代数学、理论力学、计算方法、计算机技术等学科的最新知识发展起来的一种新兴技术。
其基本思想是将问题的求解域离散化，得到有限个单元，单元彼此之间仅靠节点连接，在单元内假设近似解的模式，通过适当的方法，建立单元内部点待求量与单元节点量之间的关系，然后将各个单元方程集合成总体线性方程组，引入边界条件后求解该线性方程组，即可得到所有的节点量，进一步计算导出量，是现代化设计常用的一种方法。
轧辊是轧钢机中直接轧制轧件的主要部件，在轧制过程中，轧辊直接与轧件接触，强迫与轧件发生塑性变形。
与此同时，轧辊承受着巨大的轧制压力的作用，并由于轧辊本身的旋转而使其应力随时间做周期性的变化。
本文采用有限元分析的方法，取代了传统的设计校核方法，解决了对二辊冷轧机中的轧辊设计时用解析法难以解决的复杂问题。
一、轧辊的机械设计轧辊的材料采用9Cr制造（淬火+回火）, 由辊身、辊颈和辊头三部分组成。
其尺寸参数包括轧辊名义直径D、辊身长度L、辊颈直径d和辊颈长度l。
①轧辊直径D1：根据最大咬入角和轧辊的强度要求来确定的。
轧辊工作直径（式3-01）α根据《轧钢机械》P15（表2-1 咬入角α的确定），取α=8。
△h——压下量，根据设计要求，△h取2mm得：205.51mm 取整D1=210mm②辊身长度，辊身长度=310mm③辊颈：包括辊颈直径和辊颈长度。
小型及线材轧机d=(0.53～0.55)D,l=d+(20～50) mm。
取d=0.55D=115.5mm,l=d+50mm=115.5+50mm=165.5mm。
辊磨磨辊轴的受力计算及有限元分析赵剑波;韩有昂【摘要】为了获得磨辊轴的应力云图和变形位移,结合材料力学和有限元分析的方法对磨辊轴进行分析.通过受力分析计算磨辊轴的外载荷,并采用有限元软件对其进行有限元分析,校核计算磨辊轴的强度及变形,并提出了优化设计建议.该方法为磨辊轴的设计、优化提供了依据.【期刊名称】《水泥技术》【年(卷),期】2016(000)005【总页数】3页(P32-34)【关键词】辊磨;磨辊轴;有限元分析【作者】赵剑波;韩有昂【作者单位】中材(天津)粉体技术装备有限公司,天津300400;中材(天津)粉体技术装备有限公司,天津300400【正文语种】中文【中图分类】TQ172.632.5目前有关辊磨的设计往往采用基于经验和类比的方法，缺少理论计算。
近年来，对辊磨的研究主要针对结构的改进等方面，如郑锐锋等[1]对辊磨的摇臂进行建模和有限元分析，校核了摇臂的强度；赵冬梅等[2]采用ANSYS软件对摇臂进行有限元分析，并给出了结构优化的建议。
本文将分别采用材料力学和有限元的方法对磨辊装置中的关键件——磨辊轴进行分析研究。
1.1 磨辊装置的结构特点磨辊装置是辊磨的关键部件，主要由轮毂、磨辊轴、轴承、辊套、轴承密封件、闷盖、端盖、润滑油管等组成。
磨辊装置与摇臂之间通过磨辊轴和两组胀套连接固定。
轴承是磨辊装置的关键零件，通常采用圆柱滚子轴承和双列圆锥滚子轴承的组合配置方式。
圆柱滚子轴承作为浮动端，仅承受径向力；双列圆锥滚子轴承作为固定端，承受轴向力和径向力。
两个轴承通过内外间隔套定位并相互支撑。
轴承通过磨辊的闷盖和端盖而压紧。
磨辊轴承采用强制循环稀油润滑，可以改善轴承的润滑和散热，提高轴承的寿命和可靠性。
1.2 磨辊轴的受力分析辊磨是借助于对料床施加高压而实现物料的粉碎。
在粉磨过程中，磨辊主要受到垂直于磨盘面向上的压力F、磨辊与物料间产生的滑动摩擦力Fn和滚动摩擦力Ft。
为简化计算，不考虑磨辊的重力等。
轧机工作辊轴承座设计有限元分析王宏岩① 甘伟 王哲 李涛 张栓（武钢日铁（武汉）镀锡板有限公司 湖北武汉４０００８３）摘 要 分析轧机工作辊轴承座在工作过程中与弯辊液压缸Ｔ型连杆接口端部以及轴承座承受弯辊力最薄壁厚处的应力分布及变形。
利用三维软件对分析对象进行三维建模，并运用通用有限元软件建立了有限元模型，分析了弯辊液压缸Ｔ型连杆接口部、轴承座钢板壁厚对轴承座受力变形的影响。
为轧机工作辊轴承座设计提供了理论依据。
关键词 有限元 轧机 轴承座 变形中图法分类号 ＴＧ３３３．１７ 文献标识码 ＢＤｏｉ：１０ ３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００１－１２６９ ２０２３ ０６ ０２１ＦＥＭＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＷｏｒｋＲｏｌｌＣｈｏｃｋｏｆＣｏｌｄＭｉｌｌＷａｎｇＨｏｎｇｙａｎ ＧａｎＷｅｉ ＷａｎｇＺｈｅ ＬｉＴａｏ ＺｈａｎｇＳｈｕａｎ（ＷＩＳＣＯ ＮＩＰＰＯＮＳＴＥＥＬＴｉｎｐｌａｔｅＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｗｕｈａｎ４０００８３）ＡＢＳＴＲＡＣＴ ＩｎｏｒｄｅｒｔｏａｎａｌｙｚｅｔｈｅｓｔｒｅｓｓｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｎｄｏｆｔｈｅｉｎｔｅｒｆａｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｗｏｒｋｒｏｌｌｃｈｏｃｋｓａｎｄｔｈｅＴ ｓｈａｐｅｄｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇｒｏｄｏｆｔｈｅｒｏｌｌｂｅｎｄｉｎｇｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｙｌｉｎｄｅｒａｎｄｔｈｅｔｈｉｎｎｅｓｔｐａｒｔｏｆｔｈｅｗｏｒｋｒｏｌｌｃｈｏｃｋｓｔｈｅｒｏｌｌｂｅｎｄｉｎｇｆｏｒｃｅｄｕｒｉｎｇｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅｒｏｌｌｉｎｇｍｉｌｌ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｕｓｅｓｔｈｅｔｈｒｅｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｏｆｔｗａｒｅｔｏｃａｒｒｙｏｕｔｔｈｅｔｈｒｅｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｂｊｅｃｔ，ｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｓｔｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｇｅｎｅｒａｌｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅ，ａｎｄａｎａｌｙｚｅｓｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅＴ ｓｈａｐｅｄｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇｒｏｄｉｎｔｅｒｆａｃｅｏｆｔｈｅｒｏｌｌｂｅｎｄｉｎｇｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｙｌｉｎｄｅｒａｎｄｔｈｅｓｔｅｅｌｐｌａｔｅｗａｌｌｔｈｉｃｋＮｅｓｓｏｆｔｈｅｂｅａｒｉｎｇｓｅａｔｏｎｔｈｅｓｔｒｅｓｓａｎｄｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｂｅａｒｉｎｇｓｅａｔ，Ｉｔｐｒｏｖｉｄｅｓａｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｗｏｒｋｒｏｌｌｂｅａｒｉｎｇｓｅａｔｏｆｒｏｌｌｉｎｇｍｉｌｌ．ＫＥＹＷＯＲＤＳ Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ Ｃｏｌｄｍｉｌｌ Ｗｏｒｋｒｏｌｌｃｈｏｃｋ Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ１ 前言随着冷轧带钢加工业的迅速发展，对成品带材的板形和尺寸的精确控制要求变得越来越高。
毕业设计题目： 4辊轧机轧制系统设计及有限元分析学院：专业：班级：学号：学生姓名：导师姓名：完成日期：目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)第1章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 研发背景及意义 (1)1.3 4辊轧机轧制系统基本设计思路 (2)1.3.1 4辊轧机的功能 (2)1.3.2 4辊轧机轧制系统结构的基本设计思路 (2)1.4 课题的研究内容 (3)第2章轧制系统结构设计 (4)2.1 引言 (4)2.2 轧辊环的设计计算 (4)2.2.1 轧辊环材料的选择 (4)2.2.2 轧辊环基本参数的确定 (4)2.3 电动机的选择 (6)2.3.1 选择电动机的类型及结构形式 (6)2.3.2 轧制压力的计算 (7)2.3.3 轧制总力矩的计算 (8)2.3.4 电机转速的确定 (11)2.3.5 电机功率的确定 (11)2.3.6 电动机型号的确定 (12)2.3.7 传动各级轴的基本参数确定 (12)2.4 轧辊轴的计算 (13)2.4.1 估算轴的最小直径 (13)2.4.2 确定轴的各段直径 (14)2.4.3 轴的校核 (15)2.5 轧辊轴上轴承的确定 (15)2.6 带传动的设计计算 (15)2.6.1 确定计算功率 (16)2.6.2 选择带型 (17)2.6.3 确定带轮的基准直径 (17)2.6.4 确定中心距和带的基准长度 (17)2.6.5 验算主动轮上的包角 (18)2.6.6 确定带的根数 (18)2.6.7 确定带的预紧力 (19)2.6.8 计算作用在带轮的压轴力 (19)2.6.9 带轮的材料 (19)2.6.10 带轮的结构形式及主要尺寸 (19)2.7 减速器的设计计算 (20)2.7.1 减速器类型的选择 (20)2.7.2 减速器基本参数 (21)2.7.3 标准斜齿圆柱齿轮的设计计算 (22)2.7.4 齿轮的轴的设计 (25)第3章三维建模 (29)3.1 引言 (29)3.2 基本零件建模 (29)3.3 轧制系统的装配 (31)3.3.1 轧辊轴的装配 (32)3.3.2 轧制部分装配 (33)3.3.3 轧制系统装配 (34)3.3.4 总装配 (36)第4章轧制系统有限元分析 (37)4.1 引言 (37)4.2 轧辊轴的有限元分析 (37)4.3 轧辊环的有限元分析 (39)4.4 龙门架的有限元分析 (40)4.5 轧辊缺陷的种类和原因 (42)结论 (43)参考文献 (44)致谢 (45)4辊轧机轧制系统设计及有限元分析摘要：本次设计的4辊轧机轧制系统是借助旋转轧辊与其接触摩擦的作用，将被轧制的金属体（轧件）拽入轧辊的缝隙间，在轧辊压力作用下，使轧件主要在厚度方向上完成塑性成型。
作者简介:孙风胜(1978-),男,讲师。
钢板局部感应加热的有限元分析孙风胜1,刘玉君2,邓燕萍2(1.大连水产学院海洋工程学院,辽宁大连116023; 2.大连理工大学船舶工程学院,辽宁大连116023) 提 要 针对水火弯板的感应加热进行了有限元的模拟,根据磁———热———变形的模拟耦合分析原理,选取合理的参数,选用Ansys 软件建立有限元模型,并结合实验,探讨了感应加热的各个参数对于船用钢板水火变形的影响。
通过数值模拟计算与试验测量结果进行分析比较验证,为后续研究提供了有价值的参考。
关键词 钢板感应加热 磁热耦合计算水火弯板中图分类号 U671 文献标识码 A1 引言 水火弯板工艺是船舶生产工艺中的一个重要技术,由于其劳动强度大,技术难度高,所以研究人员一直致力于对其进行工艺革新,提高其加工效率。
感应加热是由交变电磁场在钢板局部表面激起涡流而被加热的,零件本身就是热源,钢板局部由于热载荷的作用,产生热弹塑性变形。
这是电磁、热与应力及变形多场相互作用的过程。
采用感应加热作为热源有很多优点,是该工艺革新的一个新的方向[1]。
钢板电磁感应线加热过程是使受热区以远高于周围区域的速度被急剧加热,随后快速冷却,使其产生局部热弹塑性变形。
感应加热过程是一种复杂的非线性现象,这一过程包括三维谐态电磁感应,三维的瞬态热传导,永久塑性变形,以及材料属性的变化。
2 磁热变形耦合分析 感应加热是由外施电流和感应电流产生电功率损耗而引发的,而温度升高反过来又引起某些材料的导电、导磁性能发生变化,因此电磁场和温度场相互有影响,应做藕联分析[2]。
研究实验中钢板加热采用的是静止感应加热方法。
分析方法有两种:一种是将电磁场与温度场分开来计算,先计算简谐电磁场,然后将其各载荷步的结果(内热生成率)作为体载荷加载后,再进行瞬态温度场的分析,每计算一次修改一下材料的性能,即序贯耦合法;另一种是将电磁场与温度场联合起来,作为非线性问题一次求解,即直接耦合法。
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊1、绪论1.1 四辊轧机发展情况概论近年来我国轧钢行业得到了飞速发展，钢材年产量突破了2亿吨，已连续多年成为世界钢产量第一大国。
板带材的轧制生产能力逐步提升到了一个较高的水平，各种板带产品也得以广泛的应用于生产和生活中的方方面面。
但是我国目前轧钢生产的技术水平与国际先进水平相比还有相当大的差距，轧制产品的主要技术指标与国际先进水平相比仍有相当大的差距，我国已经入世，国外钢材生产技术强国的行业冲击愈发明显起来，要想在空前激烈的竞争中得以生存、获得发展，我们就必须在轧机精度控制等方面多做工作。
四辊轧机以其较高的生产能力和良好的产品质量广泛应用于板带生产中，近年来随着国民经济的不断发展以及工业生产需求的不断增长，用户对板带产品的平直度等指标要求越来越高，这就对板带轧制中辊缝的控制精度提出了更高的要求。
对四辊轧机辊系变形进行分析，是关乎板带材质量的决定性因素。
如何提高轧机辊系变形分析的水平，对各个工厂来说是要亟待解决的，传统的分析方法，繁杂且精度不高。
本课题采用基于ANSYS软件的有限元分析法对四辊轧机辊系变形进行研究，是近年来一种正在被逐步广泛应用的方法。
1.2 辊系变形计算的常用理论与计算方法1.2.1轧辊变形模型的分类关于板形的轧辊变形模型的研究发展可追溯到1958年，那时萨克斯尔(Saxl)第一次对四辊轧机做了全面深入的研究。
此后由于引进了数学模型，这一领域得到了更进一步的拓展。
这些模型的分类如下：(1) 二辊轧机的简支梁模型；(2) 四辊轧机的简支梁模型；(3) 分割梁模型；(4) 有限元分析模型。
1.2.2 二辊轧机的简支梁模型在二辊轧机简支梁模型中，将工作辊视为线弹性应力梁。
在推导梁的挠曲公式时，我们做了以下假定：(1)梁的材质均匀，在拉伸与压缩时的弹性模量相同；(2)梁的横断面相同;(3)梁至少关于一个轴向平面对称；(4)所有的加载和反作用力都与梁的轴线垂直；(5)对于具有紧凑断面的金属梁，其宽高比等于或大于8。
铸轧过程中轧辊的热分析C.M.Park ，W.S.Kim 工业技术与科技研究中心G.J.Park 汉阳大学机械与工程学院摘要：融化物通过双棍铸轧工序把铸造与热轧合并成一步，能够直接制造卷带。
在这个特殊的过程中，从熔融金属刀带的形成严格依赖铸辊。
所以，辊的设计极其重要。
铸辊的热传递和变形采用二维数学模型分析，用有限元方案来检验热应力和热分布。
很多其他因素例如辊表面镍镀层厚度、铸造速度和辊径对于热形态的影响也受到考虑。
关键词：有限元分析，热变形，热应力，双棍铸轧1.引言最近，在短流程技术的基础上，钢铁工业有一种趋势，从大型设备和大的资本投资的块状生产系统向小尺寸制造系统转化。
研究者已经开始关注如火如荼节省各种能源以及制造高增值的产品。
目前，铸造技术如薄板连铸和铸轧收到了更多的关注，因为这被看做是短流程技术。
如图1（a）所示，普通连铸方法铸造的薄板是200-250mm厚，再通过轧制工序加工成带。
图1（b）所示的薄板铸造技术和连铸工序相似。
然而，它只是一个铸造薄板的技术可能是50-70mm厚来减少热轧的载荷。
比起薄板连铸技术，如果不制造板，图1（c）所示的铸轧技术具有先进的概念。
如图2所示，向两个旋转的辊喂熔融金属，直接制造出1-6mm 厚的热钢带。
融化金属在很短的时间内凝固（0.2-0.6s）。
因此，制造消费和投资消费大大缩减由于其他热轧工序的省略(RIST, 1992, 1994)。
最初在1856年由英国的Henry Bassemer发明(Bessemer, 1856)。
由于缺乏耐火材料和钢带质量的的控制技术，该技术被得到世纪应用。
然而，从1970年开始，研究者们已经活跃得运用在实际应用中。
图1.常规工序和铸轧工序简图图2.双棍铸轧工序简单表示在铸轧过程中，热的融化态钢应该凝固并且正常成型通过轧制宽度在快速冷却过程中。
为了保证高的生产率，铸轧的轧辊和熔融金属具有很大的接触面积。
因此，比起常规的辊径，它的更大。
基于PATRAN的机构分析的计算机方法基于patran 的轧辊有限元分析1.问题描述图1-1 轧辊的结构图几何参数：D1=40，D2=80，D3=90，D4=100，D5=180，L1=50，L2=55，L3=80，L4=55，L5=150，L6=100材料：40Cr是我国GB的标准钢号，40Cr钢是机械制造业使用最广泛的钢之一。
其技术参数是：弹性模量：E=2.1E5 Mpa;泊松比：U=0.3。
工作载荷:轧辊直径D5处施加载荷p，压强利用表中的压力p=5t 进行折算。
约束条件：D3直径处安装的是滚动轴承，轧辊右端施加扭矩Mn=4.0E6 n*mm2．分析模型轧辊为圆柱结构，建模过程：先创建平面再旋转得到轧辊的四分之一，在右端创建花键，在四分之一的结构的左端面上创建面单元，然后在拉伸成体单元，花键处网格需要单独处理，随后镜像实体，单元创建得到完整的轧辊。
由于倒圆角处影响不大故可省去不画，随后进行施加约束载荷属性随后进行分析。
3．模型创建过程3.1新建文件起名zhagun，设置如表3-1 。
点击 display 设置geometric attributes如表3-2点击 apply。
表3-1 new model preference 界面表3-2geometric attributes 界面3.2创建点在“Point Coordinate List”一栏中填入“【0 0 0】”，然后按Apply，如表3-3所示。
然后用transforma 功能创建其余点，在direction vector 中输入点移动的坐标，如创建第二个节点在direction中输入<0 20 0>，如表3-4。
第三个点在第二个点的基础上创建，依次完成所有点的创建，完成如图3-1：表3-3 点创建界面表3-4 点移动界面图3-1所有点完成图3.3创建直线方法:在 action选择 create ，object 选择 curve ，method选择 point， option：选 2 point，starting point list 选择起始点如point 1， ending point list 选择终点如point 2，如表3-4。
