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        壓下量對(duì)工字鋼矯直質(zhì)量的有限元分析

        2019-02-08 13:02:24任偉
        山東工業(yè)技術(shù) 2019年1期
        關(guān)鍵詞:殘余應(yīng)力壓下量工字鋼

        任偉

        摘 要:通過(guò)建立完善的工字鋼有限元模型,可以在不同的壓下量的條件下對(duì)工字鋼的矯直過(guò)程進(jìn)行有效的動(dòng)態(tài)仿真模擬,同時(shí),隨著其壓下量的不斷變化,其矯直后的工字鋼殘余應(yīng)力呈現(xiàn)出一定的分布規(guī)律,基于此,本文從當(dāng)前的有限元仿真模型入手,深入進(jìn)行分析,并對(duì)當(dāng)前的工字鋼動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果進(jìn)行明確,以供相關(guān)人員參考。

        關(guān)鍵詞:工字鋼;壓下量;矯直;有限元;殘余應(yīng)力

        DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.01.054

        0 引言

        隨著時(shí)代不斷發(fā)展,我國(guó)建筑行業(yè)與工業(yè)逐漸繁榮,促使行業(yè)積極對(duì)自身的技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新,以滿足當(dāng)前的行業(yè)需求?,F(xiàn)階段,工字鋼應(yīng)用較為普遍,但受其自身的性質(zhì)影響,其自身在鋸切、軋制以及冷卻過(guò)程中,會(huì)受到散熱不均勻、沖擊力以及殘余應(yīng)力等因素的影響,因此,在工字鋼出廠前必須進(jìn)行合理的矯直,以此來(lái)保證其質(zhì)量。

        1 建立合理的有限元仿真模型

        實(shí)際上,在當(dāng)前的工字鋼矯直過(guò)程中,受其自身的性質(zhì)影響,通常情況在工作人員主要是利用當(dāng)前的矯直輥壓下腹板,進(jìn)而促使邊翼發(fā)生彈塑性變形進(jìn)行矯直,保證工字鋼的質(zhì)量符合當(dāng)前的出廠標(biāo)準(zhǔn)。通常情況下,現(xiàn)階段在矯直過(guò)程中其矯直的溫度主要在20-100℃范圍內(nèi),并將當(dāng)前的矯直輥進(jìn)行上下平行并交錯(cuò)排列進(jìn)行配置,滿足實(shí)際的需求。同時(shí),應(yīng)合理對(duì)當(dāng)前的矯直輥剛度進(jìn)行分析,由于其自身的剛度較大,故此將其設(shè)為剛性體,在壓下方案設(shè)計(jì)過(guò)程中,主要進(jìn)行1輥單獨(dú)壓下,而其他7輥進(jìn)行固定,在模型構(gòu)建過(guò)程中,主要是以當(dāng)前的8節(jié)實(shí)體單元solid為基礎(chǔ),利用完全積分避免沙漏問題,并利用當(dāng)前的實(shí)體單元選用雙線性隨動(dòng)對(duì)模型進(jìn)行合理的強(qiáng)化,并將單元進(jìn)行合理的劃分,分析當(dāng)前實(shí)際軋輥與軋件之間接觸面產(chǎn)生的摩擦系數(shù),以滿足當(dāng)前的需求[1]。

        2 合理分析工字鋼動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果

        2.1 明確壓下量對(duì)工字鋼殘余應(yīng)力的分布

        對(duì)于金屬材料來(lái)說(shuō),當(dāng)其自身受到外力的作用后,其自身會(huì)發(fā)生明顯的形變,并產(chǎn)生殘余應(yīng)力,但如果其自身只發(fā)生彈性形變時(shí),并不會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力。在矯直工字鋼過(guò)程中,其實(shí)質(zhì)主要是利用當(dāng)前的兩排平行交錯(cuò)配置的矯直輥,經(jīng)過(guò)多次的正反彎曲,利用彈性恢復(fù)能力促使當(dāng)前的工字鋼得到矯正,以滿足當(dāng)前的需求,由此可知,其實(shí)際的矯直過(guò)程就是當(dāng)前的彈塑性形變的過(guò)程。在矯直過(guò)程中其壓下量的不同導(dǎo)致當(dāng)前的工字鋼內(nèi)部的殘余應(yīng)力也不相同,對(duì)于殘余應(yīng)力來(lái)說(shuō),其自身對(duì)于當(dāng)前的工字鋼的尺寸穩(wěn)定性、抗腐蝕能力、使用壽命以及疲勞強(qiáng)度產(chǎn)生直接的影響,因此,可以通過(guò)合理的控制殘余應(yīng)力,提升工字鋼自身的抗腐蝕能力、強(qiáng)度以及各部分零件的使用壽命,促使工字鋼延長(zhǎng)使用期限。例如,在實(shí)際的矯直過(guò)程中,工作人員主要將當(dāng)前的入口輥進(jìn)行下壓量取值,分別為8、10、12、14、16、18、20mm,并對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬,利用等值線進(jìn)行表達(dá),表示出殘余應(yīng)力,并利用字母進(jìn)行殘余應(yīng)力值大小描述,從小到大進(jìn)行排列。通過(guò)動(dòng)態(tài)仿真可知,在進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真過(guò)程中,通過(guò)其殘余應(yīng)力等值線可以明確的看出其殘余應(yīng)力分布較為密集,在進(jìn)行合理的分布時(shí)通過(guò)A、B、C、D、E、F、G、H、I進(jìn)行表示,例如,以中間腹板為例,其自身的等值線由少量的A與B組成,由此可以看出,其殘余應(yīng)力最小,而兩邊翼內(nèi)外側(cè)面的殘余應(yīng)力較為集中,主要有B、C、D以及少量的A、E組成,由此其自身的殘余應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于當(dāng)前的屈服極限,并且未出現(xiàn)更大的等值線,由此可知當(dāng)前的殘余應(yīng)力分布較為合理,在矯直過(guò)程中,工字鋼的矯直質(zhì)量符合當(dāng)前實(shí)際的需求[2]。

        2.2 工字鋼矯直時(shí)期應(yīng)力與應(yīng)變的分布

        據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)顯示,當(dāng)前的壓下量如果在16-18mm范圍內(nèi),其實(shí)際的矯直效果為最佳。因此,以當(dāng)前的壓下量18mm為例,對(duì)其矯直工字鋼的效果進(jìn)行詳細(xì)的分析,分析其應(yīng)變與應(yīng)力兩個(gè)因素產(chǎn)生的影響。在矯直過(guò)程中,工字鋼自身的前端部位通過(guò)上1矯直輥,進(jìn)行下壓,并與其下2矯直輥?zhàn)陨淼膱A柱面進(jìn)行合理的接觸,并跟隨下2的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行矯直,此時(shí),工字鋼自身的塑性應(yīng)變逐漸增大,以實(shí)現(xiàn)最終的矯正。在軋件進(jìn)行咬入時(shí),等效應(yīng)力數(shù)值大于當(dāng)前的屈服極限,促使其發(fā)生彈塑性形變,但該情況主要發(fā)生在當(dāng)前的矯直輥接觸區(qū)域?qū)?yīng)的工字鋼邊翼處,以滿足當(dāng)前的需求。實(shí)際上,在進(jìn)行矯直過(guò)程中,一部分形變轉(zhuǎn)變?yōu)橛谰眯孕巫?,并不能依靠自身的彈性形變而恢?fù)為原來(lái)的狀態(tài),而此時(shí)又進(jìn)行連續(xù)性的矯直,再次出現(xiàn)部分塑性形變而不能恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài),通過(guò)不斷的進(jìn)行矯正,當(dāng)前的彈塑性形變逐漸不能得到回復(fù),并且其逐漸減小,最終達(dá)到矯直的目的。實(shí)際上,如果當(dāng)前的下壓量逐漸增大時(shí),將導(dǎo)致當(dāng)前的咬入環(huán)節(jié)難度增大,同時(shí)導(dǎo)致軋件自身發(fā)生過(guò)大的塑性變形,在矯直過(guò)程中隨著逐漸硬化,在到達(dá)實(shí)際的極限強(qiáng)度后,將直接導(dǎo)致當(dāng)前的工字鋼發(fā)生不均勻的塑性變形,甚至對(duì)于部分工字鋼來(lái)說(shuō)還有可能發(fā)生嚴(yán)重的裂紋,影響工字鋼自身的質(zhì)量,造成不良的影響。而在下壓過(guò)程中,如果其下壓量過(guò)小,將導(dǎo)致當(dāng)前的軋件在進(jìn)行變形過(guò)程中發(fā)生的形變過(guò)小,得不到充分的塑性變形,難以滿足當(dāng)前的質(zhì)量要求[3]。

        3 結(jié)論

        綜上所述,在當(dāng)前的背景下,工字鋼的矯直是保證工字鋼質(zhì)量的重要過(guò)程,直接影響其包裝出廠的最終重量,因此,工作人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)工字鋼進(jìn)行矯直,靈活應(yīng)用當(dāng)前的先進(jìn)技術(shù),建立有限元仿真模型,并明確工字鋼動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果,合理對(duì)入口壓下量進(jìn)行控制,促使工字鋼發(fā)生塑性變形,實(shí)現(xiàn)最終的矯直。

        參考文獻(xiàn):

        [1]趙炳利,楊寶來(lái),展邦華.壓下量對(duì)工字鋼矯直質(zhì)量的有限元分析[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造,2016(06):6-7.

        [2]韓璽吾.淺談壓下量對(duì)工字鋼矯直質(zhì)量的有限元影響[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2017(04):192.

        [3]翟志娟,張洪英.現(xiàn)階段壓下量對(duì)工字鋼矯直質(zhì)量的有限元影響[J].民營(yíng)科技,2015(09):186.

        [4]張華崧.淺談工字鋼變形的防范工藝[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā),2016,35(05):20+22.

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