Исследование процесса правки в программе ANSYS/LS-DYNA

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

1. Задача

Задачи работы:

– разработать модель процесса правки полосы на листоправильной машине 5000;

– исследовать изменения поля напряжений по сечению полосы в процессе правки в направлении Х;

2. Теоретическая часть

Изделия, полученные прокаткой, всегда требуют правки. Иногда правку выполняют в горячем состоянии, например, при производстве толстых листов. Но обычно в холодном состоянии, так как последующее охлаждение после горячей правки может вызвать дополнительное изменение формы.

Процесс правки заключается в однократном или многократном пластическом изгибе искривленных участков полосы, каждый раз в обратном направлении.

Правку можно выполнять и растяжением полосы, если напряжения растяжения будут превышать предел текучести материала.

Рис. 1.1. Схема правки проката на роликоправильных машинах с параллельно расположенными роликами

Процесс правки заключается в прохождении полосы между двумя рядами последовательно расположенных роликов, установленных в шахматном порядке таким образом, что при движении полосы, ее искривление устраняется. Диаметр роликов - 25…370 мм, шаг - 30…400 мм, количество роликов: для тонких листов - 19…29, для толстых - 7…

3. Моделирование

Исследования выполнены на основе математического моделирования методом с использованием пакета прикладной программы ANSYS/LS-DYNA.

ANSYS - это передовой комплекс средств компьютерного инженерного моделирования, использующий метод конечных элементов. Инструменты ANSYS позволяют решать вcевозможные задачи из различных областей физики: конструкционные, тепловые, гидрогазодинамические, электромагнитные, а также междисциплинарные (с сопряжением различных областей физики).

LS-DYNA является наиболее мощным и популярным пакетом для моделирования динамических задач. В основу вычислительных алгоритмов заложен явный метод интегрирования по времени полной системы уравнений механики сплошных сред. Явный тип интегрирования является оптимальным для решения кратковременных динамических задач с быстроменяющимися параметрами и позволяет свести систему уравнений к последовательно и независимо решаемым алгебраическим уравнениям, что, кроме того, упрощает использование физических соотношений для описания поведения материалов и позволяет использовать очень сложные модели.

Выполнение процесса моделирования состоит из 3-х основных этапов:

- препроцессорная подготовка:

- решение задачи;

- постпроцессорная обработка.

Препроцессорная подготовка включает в себя создание геометрической (Рис. 3.1) и конечно-элементной модели процесса (Рис. 3.2, Рис. 3.3), определение типов элемента, моделей материала, контактных параметров процесса, введение ограничений и нагрузок, действующих на модель, определение времени расчета и всех других необходимых параметров для выполнения расчета.

Решение задачи позволяет запустить и контролировать процесс решения.

Постпроцессорная обработка позволяет в графическом виде получить результаты выполненного расчета путем построения графиков и эпюр исследуемых процессов, создания анимации процесса и прочее.

В программе ANSYS/LS-DYNA в качестве препроцессора и постпроцессора используется типовые модули Ansys, а при решении задачи используется решатель программы LS-DYNA.

Моделирование процесса правки полосы.

Полоса (20,4Ч4741Ч26321мм) проходит между двумя рядами последовательно расположенных роликов, установленных в шахматном порядке таким образом, что при движении полосы, ее искривление устраняется. Диаметр роликов - 430 мм, шаг - 450 мм, количество роликов: 9. Скорость правки - 0,4 м/с.

В качестве материала для валков и стола используем материал (Rigid) со следующими механическими характеристиками: с = 7850 МПа, E = 2,1*1011 МПа, н = 0,3. Для полосы (Plastic Kinematic): с = 7850 МПа, E = 2,1*1011 МПа, н = 0,3, ут = 600*106 МПа, D = 1940*106 Мпа, с = 40, P = 5.

В таблице 3.1. представлены позиции валков:

Таблица 3.1

Рис. 3.1. Геометрическая модель правки полосы

Рис. 3.2. Конечно-элементная модель процесса правки

Рис. 3.3. Конечно-элементная модель процесса правки (с увеличением)

роликоправильный компьютерный препроцессорный

Решение задачи проходило в программе LS-DYNA. В представленных картах:

- Boundary_Prescribed_Motion_Rigid,

- Contact_2D_automatic_single_surface,

- Control_termination,

- Control_timestep,

- Database_binary_d3plot,

- Database_binary_d3thdt,

- Define_curve,

- Initial_velocity_generation,

- Interface_springbacr_lsdyna,

- Keyword,

я задавала определенные условия - запускала решение - исправляла - запускала решение. Каждая карта определяет в модели некоторый объект или объекты: узлы, элементы, уравнения состояния, материалы и т.д.

4. Результаты исследований

В ходе работы мне нужно было варьировать скоростями и положением нижних валков (№9, №7, №5, №4) с шагом в 1 мм, чтобы рассмотреть распределение деформаций в трех точках по середине полосы в процессе правки в направлении Х. Для этого я использовала карту Define_curve, где меняла сначала скорость правки с 0,2 м/с до 0,6 м/с. В картах, скорости указываются в 0,93 - 2,8 (рад/с). Со скоростями от 0,2 и 0,4 (м/с) полоса прошла хорошо. В других случаях произошло изгибание конца полосы (Рис. 4.1) в пространстве между последними валками и столом, это может быть связано с тем что, скорость подачи полосы была меньше скорости правки. При таком соотношении скоростей полоса ускоряется, и ухудшаются условия захвата.

Рис. 4.1. Изгибание конца полосы при скорости 0,5 м/с

Рис. 4.2. Распределение деформаций по середине полосы в процессе правки в направлении Х (Vправ = 0,2 м/с)

Рис. 4.3. Распределение деформаций по середине полосы в процессе правки в направлении Х (Vправ = 0,4 м/с)

Положение нижних валков я изменяла с шагом в 1 мм вверх до 0 и вниз до двух начальных значений.

Рис. 4.4. Распределение деформаций по середине полосы в процессе правки в направлении Х (№9, 0 мм)

Рис. 4.5. Распределение деформаций по середине полосы в процессе правки в направлении Х (№9, -2 мм)

По полученным зависимостям можно сказать, что значительно лучше правка проходит при Vправ = 0,4 м/с и при следующем положении валков №9 - 0 мм, №7 - -6мм, №5-2 мм, №3 - -21мм. Для детального сравнения распределения деформаций нам нужно произвести прокатку полосу.

Размещено на Allbest.ru