基于有限元法的轧机辊端关节表面形貌优化研究

发布时间：2021-01-23 02:09

　　针对某钢厂宽厚板轧机辊端关节频繁开裂的问题,建立了辊端关节的三维有限元模型,并施加扭矩进行应力分析。结果表明有限元分析结果与实际使用情况非常一致,最薄弱部位为槽口根部的圆角应力集中部位。为提升关节的承载能力,以柔度最小作为优化目标,以圆角应力点的应力作为约束条件,对原关节结构进行了表面形貌优化,得到了一个类似变圆角的结构特征。依据优化结果对圆角应力集中部位进行结构重设计及对比分析,结果表明,采用变圆角结构后结构最大应力减少了约100MPa,应力降幅达20%,说明轧机辊端关节的承载能力得到了大幅提升。 

【文章来源】：冶金设备. 2020,(05)

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

轧机辊端关节结构

单元划分是有限元建模中较重要的一环，单元生成的质量和密度对计算的准确性有非常重要的影响。特别是单元尺寸的选择非常关键。对此，采用自适应单元划分方法，根据结构表面轮廓的曲率变化，设置单元尺寸为2-50mm不等进行网格划分。自适应网格划分流程为:首先，在单元生成前对结构进行局部简化，去除非关键区的小孔洞，倒角等特征;然后，在实体表面根据设定的条件生成2D单元，并对2D单元进行质量检查，若质量检查不合格则自动进行重新划分，直到质量检查合格为止;最后，在2D单元的基础上，软件自动生成3D实体单元，最终生所单元模型如图2所示。可见，扁头和叉头的单元尺寸有明显变化，在非关键计算区域网格整体尺寸较大，在关键计算区域单元尺寸相对较小，尤其是在关键计算区的圆角、倒角等结构，单元尺寸非常精细。2.1.3 接触设置

轧制过程中，轧辊存在正反转式工况，此时扭矩方向逆转，导致结构承受显著的对称应力循环作用。因此其疲劳特性为对应特征特性。在有限元软件中，约束扁头的远端一侧，在叉头的远侧内圆柱面建立用于施加扭矩的rigid单元，在rigid的主节点上施加绕轴向的3520k N·m的峰值扭矩。2.3 结果讨论


本文编号：2994335