对称式三辊卷板机卷板过程的理论分析与数值模拟

摘要

卷板机在造船、锅炉、化工以及航空等行业中广泛应用。由于卷板过程中所用材料多是弹塑性材料，因此回弹就不可避免，这就导致所加工工件最终尺寸不易确定，精度难以保证。因此在卷板过程中，确定合适的工艺参数就成为滚弯加工过程的关键。传统的从大量加工经验中总结出来的方法通用性差，势必降低生产效率，增加生产成本，削弱产品在市场上的竞争力。本文的研究旨在通过对滚弯机理的研究和成形规律的总结，解决滚弯参数调整的难题，指导实际生产。同时，丰富了滚弯工艺理论，为板料滚弯成形的研究提供新的研究手段。
　　 本文从理论分析和有限元仿真两个方面对板料滚弯过程进行了深入研究。
　　 首先，基于板料弯曲理论，本文在总结现有研究的基础上，用强化型弹塑性模型材料代替理想弹塑性模型材料对滚弯形理论进行推导，揭示板料滚弯半径与中心辊下压量之间的关系，为卷板仿真提供了理论基础。并通过VB将计算过程编程，得出一个便于用户应用的界面。
　　 其次，结合理论上的分析，借助有限元软件--DEFORM-2D，以对称式三辊卷板机为研究对象，已有的试验为依据进行建模。对多次滚弯过程进行仿真，将仿真计算的结果和已有试验数据进行比较，证明了有限元法的可行性。在此基础上用有限元软件对一次成形理论计算出来的数据进行仿真，得出了比较理想的结果。接着进一步研究了滚弯过程中其它主要参数对板料成形半径的影响，分析了产生影响的原因。
　　 最后，对板料在滚弯过程中以及回弹过程中横截面上的受力情况进行了仿真分析和研究。得出了板料在滚弯变形过程中的受力情况，以及变形最大处横截面上应力的分布情况和回弹后的板料残余应力的分布情况。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 辊式卷板机简介

1.3 滚弯加工的研究现状和尚存在的问题

1.4 板料弯曲成形的有限元仿真技术的发展概况

1.5 板料弯曲成形仿真技术的发展趋势

1.6 本课题主要研究内容

1.7 本章小结

第二章 板料弯曲成形基本理论

2.1 板料弯曲成形过程

2.2 平面假设

2.3 板料弯曲中的应力应变状态

2.4 板料弯曲时中性层位置

2.5 折线型应力-应变曲线代替实际应力-应变曲线

2.6 本章小结

第三章 对称式三辊卷板机滚弯成形理论

3.1 滚弯过程中坐标系的建立和几何关系的简化

3.2 弯曲过程中横截面应变和曲率的确定

3.2.1 纯弹性弯曲加载阶段应变和曲率半径表达式的确定

3.2.2 弹塑性弯曲加载阶段应变和曲率半径表达式的确定

3.2.3 弹塑性弯曲卸载阶段应变和曲率半径表达式的确定

3.3 几何关系的推导

3.4 中心辊下压量d的求解和修正系数μ的确定

3.4.1 中心辊下压量d的求解

3.4.2 修正系数μ的确定

3.5 本章小结

第四章 对称式三辊卷板机卷板过程的有限元分析

4.1 卷板机工作原理

4.2 有限元模型的建立

4.2.1 建立几何模型

4.2.2 定义材料类型

4.2.3 有限元网格划分

4.2.4 定义材料属性

4.2.5 定义接触

4.2.6 定义载荷步

4.3 仿真结果及分析

4.3.1 多次滚弯仿真结果的分析以及与试验的比较

4.3.2 -次成形的有限元仿真

4.4 卷板机参数以及板厚对滚弯半径影响的有限元仿真

4.4.1 中心辊半径对滚弯半径的影响

4.4.2 侧辊半径对滚弯半径的影响

4.4.3 侧辊中心距对滚弯半径的影响

4.4.4 板料厚度对滚弯半径的影响

4.5 本章小结

第五章 板料弯曲过程中的受力与回弹的分析

5.1 板料弯曲过程中的切向应力的分布状态

5.2 回弹机理

5.2.1 弯曲变形区的回弹

5.2.2 非变形区的回弹

5.3 仿真结果及其分析

5.3.1 加载阶段的受力变化情况

5.3.2 卸载阶段的受力变化情况

5.4 滚弯半径的回弹

5.5 回弹的影响因素和控制方法

5.5.1 影响回弹的因素

5.5.2 回弹的控制方法

5.6 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文