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《斜輥鋼管矯直過程的數(shù)值模擬與接觸狀態(tài)分析》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在學術論文-天天文庫。
1、斜輥鋼管矯直過程的數(shù)值模擬與接觸狀態(tài)分析摘要：對某廠六斜輥(2-2-2)矯直過程進行顯式動力學有限元分析，模擬各矯直輥快開壓下過程及穩(wěn)定矯直過程，仿真獲得矯直力與現(xiàn)場壓力傳感器測試值基本一致。通過有限元后處理結果屮矯直力隨時間的歷史變化曲線，分析了矯直過程中壓彎力、壓扁力的作用情況以及各接觸對的接觸特性變化。各單輥嬌直力在矯直輥快開壓下并接觸鋼管時最大，穩(wěn)定矯直后趨于平穩(wěn)，中間對輥接觸相對比較均勻，邊輥的接觸區(qū)域集中在矯直輾的端部。關鍵詞：鋼管；斜輥；矯直；數(shù)值模擬；接觸1概述隨著機械工業(yè)的發(fā)展
2、以及對輸油管線鋪設效率提高的迫切需要，對鋼管成品的直線度及圓度精度要求越來越高。鋼管矯直的直線度決定于反彎曲率與接觸曲線，而圓度精度決定于壓扁量。對于矯直機設備而言，直線度決定于反巧量和矯直輥的傾斜角，圓度決定于對輥輥縫。前蘇聯(lián)的馬斯吉列遜［1］和國內(nèi)的崔甫［2］對鋼管矯直過程進行了系統(tǒng)的研宂，對國內(nèi)鋼管矯直機設備及工藝的研宄提供了基礎。李強［3］采用在矯直輥軸承座上貼應變片的方式進行了斜輥鋼管矯直機矯直力的測試分析。朱美珍［4］以彈塑性理論為基礎，建立了壓扁力的計算體系。子風琴［5］采用相對更
3、準確的受力模型計算各矯直輥的受力情況，綜合分析巧曲力與壓扁力對總矯直力的作用，但其只在中間抱輥施加了壓扁力。而在鋼管實際矯直過程中，矯直輥的受力情況及其復雜，而且在實際矯直過程中，為了實現(xiàn)碾壓彎曲矯直鋼管端部作用，首尾對輥也要施加一定的壓扁力。文章以某現(xiàn)場的實際工況為基礎，建立有限元模型，分析嬌直過程中矯直力的變化以及矯直輾接觸情況。2有限元模型建立現(xiàn)場使用矯直機為國外引進當前國際先進的矯直機，具備完善的自動控制系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)矯直輥位置和角度的自動設定，同時，在三個上輥裝配連接位置配備壓力傳感器
4、，能夠動態(tài)獲得矯直過程中的矯直力。該矯直機矯直鋼管外徑尺、j?范圍60.3mm?244.5mm，壁厚范圍3.5mm?30mm，最大允許矯直力100噸，矯后直線度精度能夠達到管體lmm/1500酮，管端（1400mm范圍）達到1mm/1000mm；首尾矯直輾輾距1800mm,輾腰直徑318mm,輾形長度452mm。矯直鋼管為L80-1油套管，外徑73mm,壁厚5.51mm，到達矯直機的溫度為50（TC。經(jīng)過現(xiàn)場觀測來料情況，來料鋼管均相對比較直，肉眼觀測無明顯彎曲?？刂颇Ｐ椭休斎?yún)?shù)為來料參數(shù)，分
5、別為管??73mm,壁厚5.5mm,屈服強度400Mpa;輸出參數(shù)為三個上輥角度、三個下輥角度、三對輥輥縫值與中間下輥反彎量；設定參數(shù)為實際矯直過程中使用的三個上輥角度、三個下輥角度、三對輥輥縫值與中間下輥反彎量（彎曲形式為上彎式，中間下輥上抬），但是由于矯直輥的磨損，實際的輥縫值與設定值已經(jīng)有非常大的差距，而現(xiàn)場嬌直輥與鋼管的接觸狀態(tài)良好，且能夠矯直，因此模擬中選擇了按照模型計算參數(shù)進行建模。穿管速度40m/min,矯直速度50rn/inino2.1幾何模型的建立圖1所示為建立的幾何模型，涉及
6、到的零件有矯直輥、鋼管、輥道，其中為簡化計算，輥道采用光滑無摩檫的平板代替。具體幾何參數(shù)如表1所示。矯直輥的輥形如圖2所示將該輥形與現(xiàn)場矯直機矯直輥的樣板輥形比較，兩條曲線一致。將鋼管、矯直輥、平板按照現(xiàn)場尺寸進行裝配，得到圖1所示幾何模型。2.2材料模型矯直過程中輥系變形極小，故將輥系考慮為剛體，僅考慮鋼管的變形,5W°C時其可近似為理想彈塑性材料，相關物性參數(shù)參考現(xiàn)場經(jīng)驗，取彈性模量175Gpa,泊松比0.3,屈服強度400Mpa，50(TC條件下，材料可近似看作理想彈塑性材料。2.3邊界條
7、件處理整個計算過程完全參考現(xiàn)場實際矯直過程，初始狀態(tài)各矯直輥沿自己的軸線空轉，保證沿軋制方向分速度為50m/min,只有旋轉自由度，其他方向固定，鋼管給定初始速度場，穿管速度40m/min,兩側平板固定。當鋼管經(jīng)過第一對矯直輥時，入口上輥壓下，經(jīng)過第二對矯直輥時，中間上輥壓下，經(jīng)過最后一對矯直輥時，出口上輥壓下，整個過程分為8個分析步，分別為初始步、開始穿管步、入口上輥壓下步，穿管步，中間上輥壓下步，穿管步，出口上輥壓下步，連續(xù)矯直步。設置鋼管與各矯直輥的接觸為面面接觸，徑向有限滑動摩擦，摩擦系
8、數(shù)0.2,法向硬接觸；設置鋼管與兩側平板為徑向無摩擦接觸，法向硬接觸；總計8個接觸對。2.4單元劃分鋼管單元選擇一階顯式六面體縮減積分單元C3D8R。劃分鋼管單元時保證鋼管壁厚方向至少有4層單元以減小沙漏效應。2.5求解過程為提高計算效率，計算過程中采用了半自動的質量放大辦法，將時間增量步小于1E-6的值均放大到1E-6以上。3結果比較3.1矯直力結果比較對現(xiàn)場矯直某根*73鋼管的控制模型上的視頻錄像進行分析，圖3所示為視頻上記錄下來的三個上輥矯直力（t）隨時間變化情況（現(xiàn)場上輥安裝有壓力傳感器
