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        基于ANSYS二次開發(fā)的軋輥磨損研究

        2013-09-27 11:48:34魏云平
        唐山學(xué)院學(xué)報(bào) 2013年3期
        關(guān)鍵詞:輥輥中厚板軋輥

        吳 娜,魏云平

        (唐山學(xué)院 機(jī)電工程系,河北 唐山063000)

        板帶鋼尤其是中厚板在國民經(jīng)濟(jì)中占有極其重要的地位。板帶鋼的軋制過程中,軋輥磨損是難以精確控制的因素之一,控制不當(dāng)既增加輥耗,又對軋件的板形、板凸度的精確性產(chǎn)生重要影響,制約產(chǎn)品質(zhì)量的提高。因此,進(jìn)一步探究中厚板軋輥間的磨損特性,建立針對輥間磨損的預(yù)警模型,對提高軋機(jī)控制水平和改善產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義。[1]

        1 基于APDL軋輥專用分析模塊的開發(fā)

        ANSYS有限元分析軟件是目前應(yīng)用比較廣泛的大型分析軟件之一,其分析過程一般包括四部分,即:建立有限元模型-施加邊界條件-求解計(jì)算-結(jié)果分析。為完成這些步驟,ANSYS軟件提供了兩種操作方式,即用戶圖形界面(GUI)操作與參數(shù)化設(shè)計(jì)語言(APDL)操作。ANSYS參數(shù)化設(shè)計(jì)語言是一種通過參數(shù)化變量方式建立分析模型的腳本語言,它可作任何ASCII文件的編輯軟件生成,如記事本文件。在工程實(shí)際中,可以利用APDL開發(fā)專用分析程序?qū)崿F(xiàn)特殊分析的目的,把這些專用的分析程序編寫成一個(gè)個(gè)的宏文件,然后由一個(gè)主分析程序控制整個(gè)流程,在需要的時(shí)候調(diào)用所需要的宏文件。宏文件中經(jīng)常需要給某些參數(shù)進(jìn)行賦值,這時(shí)可以利用APDL的界面語句定制簡單的參數(shù)賦值界面并建立適當(dāng)?shù)南C(jī)制。當(dāng)所有分析程序和宏文件都編寫好后形成一個(gè)專用分析程序時(shí),可以在Toolbar上建立相應(yīng)的功能按鈕進(jìn)行程序的驅(qū)動和調(diào)用,實(shí)現(xiàn)對專用分析模塊的過程控制[2]。本文利用APDL所開發(fā)設(shè)計(jì)出的專用分析模塊工具條如圖1所示,其包括:數(shù)值模型建立和數(shù)值分析及結(jié)果輸出兩部分。

        圖1 添加按鈕后的工具條

        1.1 MODEL分析模塊設(shè)計(jì)

        本文以某一種中厚板四輥軋機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)為依據(jù)建立軋輥模型,工作輥、支承輥在公稱軋制力作用下壓靠,忽略了軋輥間軸線空間交叉以及軋板跑偏的影響。四個(gè)軋輥(其中兩個(gè)支承輥、兩個(gè)工作輥)在空間布置形式是上下對稱布置,在中厚板軋制過程中軋制板材中心層可認(rèn)為在下壓方向不發(fā)生位移變化和塑性變形。因此,在建立實(shí)體模型時(shí),以板材的中心層作為對稱平面,僅建立其二分之一的軋輥模型(即一個(gè)支承輥,一個(gè)工作輥以及厚度一半的軋制板材),由于工作輥軸承座不承受軋制力,即工作輥輥身外側(cè)伸出端也不承受軋制力,所以根據(jù)圣維南原理,將工作輥輥身以外的部分予以簡化,所建模型如圖2所示。

        圖2 軋輥工作模型

        APDL編寫模型建立可是對話框命令流為:

        單擊MODEL按鈕彈出的對話框如圖3所示。

        圖3 MODEL對話框

        1.2 WORKSOLV分析模塊設(shè)計(jì)

        在該模塊中實(shí)現(xiàn)材料屬性、單元屬性的設(shè)置,其命令流如下所示:

        單擊WORKSOLV按鈕彈出的對話框如圖4所示。

        圖4 WORKSOLV對話框

        2 結(jié)果的分析對比

        利用本文設(shè)計(jì)的專用模塊試輸入一組軋輥參數(shù)進(jìn)行分析對比,沿兩軋輥的輥身方向的變形曲線為:工作輥輥身位移圖如圖5,支承輥輥身位移圖如圖6。與牛繼龍的文章《中厚板軋機(jī)軋輥磨損的研究》中得出的工作輥磨損實(shí)測曲線(圖7)和支承輥實(shí)測磨損曲線(圖8)的形狀和變化相吻合[3],說明本文所建模型具有較高的實(shí)用性。

        圖5 工作輥的輥身位移曲線

        圖6 支承輥輥身位移曲線

        圖7 工作輥磨損實(shí)測曲線

        圖8 支承輥實(shí)測磨損曲線

        3 結(jié)論

        (1)軋輥磨損專用模塊的設(shè)計(jì),簡化了軋輥設(shè)計(jì)和輥間磨損分析的過程,大大提高了軋機(jī)設(shè)計(jì)的效率。

        (2)通過本專用模塊針對某一軋機(jī)的數(shù)值分析結(jié)果與實(shí)際測得數(shù)值的比較,可知軋輥工作過程中沿輥身的磨損變形與實(shí)際測得情況相吻合。

        [1] 龐志鋒.中厚板軋機(jī)軋輥磨損及其數(shù)學(xué)模型研究[D].秦皇島:燕山大學(xué),2004.

        [2] 趙小偉,衛(wèi)良保.基于APDL的橋式起重機(jī)主梁快速優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].太原科技大學(xué)學(xué)報(bào),2012,33(1):49-53.

        [3] 牛繼龍.中厚板軋機(jī)軋輥磨損的研究[J].南鋼科技與管理,2005(1):1-3.

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