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方管双辊交互式辊弯成形新技术的数值仿真研究

方管双辊交互式辊弯成形新技术的数值仿真研究

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作者：仇素萍上海交通大学

学位级别：硕士

方形钢管是用途极广和最常见的异型钢管,是一种经济断面管材,与其相同截面积的其他非圆钢管相比,具有重量轻,强度高,抗弯截面模量大,节省金属等优点,以方形钢管等为主要部件的钢结构建筑,不仅容易提高抗自然灾害的能力,也容易对组成部... 详细信息

方形钢管是用途极广和最常见的异型钢管,是一种经济断面管材,与其相同截面积的其他非圆钢管相比,具有重量轻,强度高,抗弯截面模量大,节省金属等优点,以方形钢管等为主要部件的钢结构建筑,不仅容易提高抗自然灾害的能力,也容易对组成部件以及建筑结构进行标准化,被广泛用于建筑、医疗器械、高档家具、汽车、飞机、地铁、造船等行业。目前方形钢管多是以圆管为母管,通过辊弯方式将其断面再次成形为方形,即通过“圆变方”成形工艺制造。本文针对传统四辊封闭式“圆成方”辊弯成形中存在柔性加工能力低、成形推力不足、挤压严重等问题,在分析方管辊弯成形特点及其变形规律的基础上,基于辊弯制造的柔性化设计思想,探索一种方形钢管“圆成方”辊弯成形的新模式——双辊交互式成形模式(roll-box模式),即对全部或大多数的成形段采用上下轧辊和左右轧辊在沿着钢管前行方向上交互配置的方管生产模式。本文先研究了方管辊弯成形有限元建模的关键技术,建立了roll-box成形过程的有限元模型。采用动力显式有限元方法对方管辊弯成形过程进行数值模拟计算,分析了管材在双辊驱动模式下应力应变的分布、表面曲率、推力情况、壁厚变化规律及内外表面周向伸缩率的演化规律,详细阐明了roll-box工艺下的钢管的成形特征。交互配置的轧辊处增厚率是单峰值的,只在终成形段处是双峰值的,有效减低了总增厚率;内外表面的收缩率和拉伸率成对称分布,峰值均出现在管材角部处;内表面角部出现应力集中,且峰值较外表面的应力峰值大。本文还研究了计算参数对计算精度的影响,确定了合理的解析速度和单元划分方案。考虑不同工艺参数对roll-box成形性能规律的影响,对成形方案进一步优化,以最终确立roll-box模式仿真模型。

关键词：方管 roll-box 辊弯成形有限元仿真

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