开题报告--槽钢辊弯成型过程的计算机仿真

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1、 学 院 毕业设计开题报告 学学 生生 姓姓 名：名： 学学 号：号： 学学 院 、 系院 、 系 ： 专专 业业 ： 机械设计制造及其自动化 设设 计计 题题 目目： 槽钢辊弯成型过程的计算机仿真 指 导 教 师指 导 教 师 : 年 3 月 15 日 毕毕 业业 设设 计计 开开 题题 报报 告告 1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文 献综述： 文文 献献 综综 述述 1.11.1 本课题的研究目的及意义本课题的研究目的及意义 冷弯型钢是一种经济断面型材。由于其本身具有断面均匀、产品质量高、能源消耗 低和经济效益高等特点，故被广泛应用于汽车、航空、建筑等行业

2、。随着科学技术的发 展，各生产厂家己广泛采用整体型材加工技术，从而取代经过焊接等加工成型的材料， 这就要求各竞争者不断地改进技术、提高质量、降低成本，满足广大用户的要求。尽管 冷弯成型产品的生产和应用己有百余年的历史，产量和工艺都达到了一定的水平，但是 由于其本身所具有的特点和规律尚未完全被人们掌握和认识。其仍然被称为是一门“未 掌握的艺术” 。随着市场对高品质、多品种辊弯产品需求的不断提高，过去那种试制时 间长、精度差的传统设计和加工方式己经远远不能满足用户的要求。同时随着计算机性 能的不断提高，采用计算机对冷弯型钢进行孔型辅助设计(CAD)及过程分析(CAE)技术 己经成为一种趋势。 冷弯

3、成型过程属于三维弹塑性大变形问题，在成型过程中，它不仅是纵向弹性拉压 和横向弹塑性弯曲等变形的综合；同时由于受到外部边界摩擦、孔型几何约束、材料本 身的加工硬化，材料横截面壁厚不均分布等影响，均能使变形形态发生改变，引起带钢 横向扭曲与纵向拉伸和压缩。因此，辊弯成型过程是十分困难的，单纯用一个数学模型 难以描述，人工智能和专家系统是解决这一问题的方向。但是到目前为比，国内所研制 的 CAD 软件几乎都完全依赖经验公式和参数，缺乏理论依据。设计人员不经过实践，无 法初步判断金属变形是否合理，辊型设计是否合理。因此辊弯成型的计算机模拟在辊弯 成形 CAD 中将有着特别重要的意义。 通过辊弯成型模拟

4、可以对 CAD 系统提供板材变形预 报和验证模型，从而在缩短产品设计周期与节约设计成本方面都具有积极的现实意义 1。 1.21.2 本课题的国内外现状本课题的国内外现状 随着研究的不断深入，辊弯成型理论有了很大的进展，有很多算法被用来求解辊 弯成型问题，目前辊弯成型的分析方法大致可分为二种析法，简化分析法、有限条法和 有限兀分析法2。 东京大学木内学教授提出利用含参数的形状函数近似地描述带材在成型时空间轨 迹和变形曲面，求解应变应力3。并对焊管辊型、成型过程生产线、轧机架数、机架间 距等一系列影响因素进行系统的分析，同时又扩展到宽幅断面型钢、C 型钢、V 型钢辊 弯成型以及直缝焊管残余应力的研

5、究。 木内学教授所采用的研究方法是目前较完善的方 法之一，但是由十整个变形曲面决定十一个待定参数，造成所构造的曲面与真实曲面之 间误差，从 Ifn 限制应变应力分析精度。口本山梨大学小野田义富等对直缝焊管、方矩 形焊管、宽幅外卷边帽型钢辊弯成型采用刚塑性有限兀法模拟研究，但不能分析带材成 型时的弹复问题。 美国 Roll-Kraft 公司的 Robert J.Harstain、英国 Aston大学的 Milne；以及加拿大 W aterlo。大学的 Terry R.Walker 和 IIRoy J.Pick 利用有限兀方法使用商业化软件分别分析 焊管、简单断面型材和复杂形状宽幅型钢的成型过程4

6、-9。美国 Taylan Altan等基十有限 变形力学，预测了简单断面型钢的变形几何形状和应变分布1011。新西兰 S.M.Pantan 研究了辊弯成型过程的纵向和剪切应变，认为辊弯成型包括纵向拉伸、纵向弯曲、横向 弯曲和剪切，指出剪切应变比其余类型应变大许多12。法国 G.NEFUSSL 等在工作站上模 拟刚塑性材料和弹塑性材料辊弯成型过程，采用 Prandtl-Reuss 流动理论和 VonMises 屈 服准则， 通过塑性功率最小化， 给出优化的构形、 金属变形区长度以及优化的速度场13。 新加坡R.S.Senanayake利用有限兀分析和计算机可视化技术计算辊弯成型过程的塑性应 变，与实验结果吻合较好。法国 M.Brunet 采用有限兀方法模拟槽钢成型过程，分析材 料的整个变形历史，获得了优化设计的轧辊形状14-17。 在我国，蔡松庆首次采用有限兀法研究复杂的焊管成型过程;张必强和张全根曾以 材料力学方法研究焊管成型问题;以燕山大学刘才教授为首的课题组，对辊弯成型过程 分别使用样条有限条法和弹塑性大变形