60kgm重轨万能轧制过程有限元模拟研究

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1、武汉理工大学硕士学位论文摘要近年来，铁路的提速对钢轨的尺寸精度要求也越来越高，这就对我国重轨的生产提出了更新更高的要求。根据有关研究，国内钢轨和国外先进水平相比主要差距在尺寸精度上，成分和性能上差距相对小些。在生产工艺上，对尺寸影响最大的是步进式加热炉、万能轧制。所以要保证高速铁路钢轨的精度，就必须有一种比较好的轧制工艺，万能轧制成为最好的选择。本研究详细推导了利用显式有限元分析方法实现热力耦合的理论公式。针对几何、材料和接触的非线性问题，利用软件ANSYSfl-,S．DYNA，首先选择了几何非线性选项，针对材料非线性，本研究选择了弹塑

2、性的非线性强化模型，并且选用三维的八节点六面体的SOLIDl64单元实体对轧件模型进行了离散化，对于接触面，选择用的是自动面．面接触，之后是边界条件的加载，利用LS．PROPOST作为后处理软件分析了实验结果。目前，国内外利用有限元方法模拟金属各种成型过程的研究较多，但是针对复杂截面的重轨在万能异型孔的变形规律的热力耦合计算机模拟研究，所见的报道很少。以前其参数多为通过热模拟机实验所得结果，考虑的因素有限。而本研究综合考虑了轧制温度、轧制速度、摩擦系数、万能孔型的特点等联系现场生产的因素，故其计算结果具有重要的实际应用价值。本文基于AN

3、SYS／LS．DYNA非线性显式有限元软件，以60kg／m的重轨为研究对象，采用全三维弹塑性热力耦合的有限元方法研究了重轨在万能轧机组中的变形过程，得到了轧件在孔型中的延伸情况、各道次轧件的变形参数，分析了典型道次的应力、应变分布，并详细分析了全万能成品孔型中轧件受力和变形情况，讨论了残余应力的分布及大小对钢轨安全使用的影响规律，详细地阐述了全万能成品孔型对轨头踏面圆弧的加工过程。分析了在粗轧过程中温度场的分布以及轧制过程中轧制参数对*LN力的影响规律，分析了,L铝uJ参数对轨头、轨底宽展的影响规律，最后还分析了金属质点流动特性，揭示了

4、重轨的变形规律。关键词：重轨，万能孔型，显式有限元，ANSYS／I_S．DYNA，数值模拟武汉理工大学硕士学位论文AbstractInrecentyears，withthedevelopmentofhigh-speedrailroad，itneedsmoreandmorerailsofhighprecisesizeinline．Morenewandhighrequirementforrailproduceisneeded．Accordingrelatedstudy，thedifferenceofrailbetweenabroadandd

5、omesticismainlysizeprecision,butthereislessdifferenceofcompositionandcapability．Inproducingtechnicsaspect,themaineffectfactorstosizearewalkingbeamfurnaceanduniversalrolling．Theheavyrailmustbeproducedbyhigllprecisionrollingmethod，SOitisnecessarytoproduceheavyrailbyunivers

6、almill．Thisresearchparticulardeducedthetheoryformulaforthermal—machinerycouplingbyexplicitfEM．andSOlvedthesimulationoflargedeformationoftheslabandgeometrical．materialandcontactnonlinear．BymeansofANSYS，LS·DYNA,theelement,whichhasgeometricalnonlinearoption，couldbeused．Asfo

7、rmaterialnonlinear，theelastic—plasticmodel—BilinearISOtropicModel，3Dsolid164elementswith8nodesandsetcorrespondingelementoptionandparametersWasintroduced．Forthecontactlinear,thecontactcouldbesetauto-contact．Themechanicalmodelwasestablishedandtheloadcasehasbeensubmiaed．The

8、resultWasoutputtedbytheLS—PREPOSTtomakeitvisualized．Atpresent，manyresearcheshavebeendoneOnsimulatingthe