基于ANSYS+LS—DYNA的方管成型辊辊径有限元分析.pdfVIP

维普资讯 焊管 ．第30卷第1期 ·2007年1月 ●试 验 与 研 究 基于ANSYSLS—DYNA的 方管成型辊辊径有限元分析 钟 飞 (清华大学 工业工程系，北京 100084) 摘 要：根据冷轧方形管成型工艺，采用ANSYSLS—DYNA有限元仿真软件对不同的成型辊 模直径进行仿真和比较分析，以揭示辊模直径对轧制方管轧制力参数和变形形状的影响，为合 理设计方矩形管的成型辊直径和控制冷弯成型过程中形状缺陷的产生提供参考。 关键词：ANSYSIS—DYNA软件；方矩形管；冷弯成型；有限元分析 中图分类号：TG335．75 文献标识码：A 文章编号：1001-3938(2007)O1—0027—03 0 引 言 别适合求解各种二维、三维非线性结构的高速碰 撞 、爆炸和金属成型等非线性动力冲击问题，同时 冷弯方矩形管的主要成型工艺有 “圆变方” 也可以求解传热、流体及流固耦合问题，通过无数 和 “方变方”两种，前者是将钢带经过数道次成型 次实验的对比，证实了其计算的可靠性。 辊孔型变形并通过高频焊接成为圆管，然后以冷 ANSYSIS—DYNA结合了工业界公认最佳 挤压加工整形成为方矩形管；后者是将钢带经过 的有限元素前后处理器，采用了显性 (explicit)非 数道次成型辊孔型的变形并通过高频焊接、整形， 线性结构模拟功能。使用 LSTC的IJs—DYNA显 直接成为方矩形管。以上两种工艺方法各有特 性动态求解技术与ANSYS的前后处理功能，可帮 色，在生产厂家中都得到广泛应用。 助工程师了解短时间内严重的碰撞、金属的拘束 但无论哪种工艺，成型辊直径都是影响管材 与大变形现象，例如在金属成型中复杂的非线性 成型的重要参数。目前，以基于经验公式和以实 现象等。 验分析为主的方矩形管成型辊的设计研究成果一 ANSYSLS—DYNA可同时支援二维与三维 直用于指导生产，许多理论研究都是将复杂的三 显性元素，具备非常完整的单一表面，面对面与点 维变形简化为轴对称变形，对其变形过程与机理 对面的接触部分不但有接触分析选项，而且能自 仍然缺乏系统深入的认识。本文应用ANSYS软 动建立接触面，并提供快速求解流程的选项，可在 件的LS—DYNA(显式动力分析)模块建立了三 短时间内完成显性模拟的结果。 维轧制方管有限元模型，动态模拟了大直径方管 轧制过程中辊模直径参数对成型力参数和变形形 2 有限元建模 状的影响，揭示其作用规律，为合理设计方矩形管 的成型辊直径及其对控制冷弯成型过程中形状缺 2．1 模型的建立 陷的产生提供参考。 本文根据方矩形管成型5道次冷挤压变形 (平一立 一平 一立 一万能机架 一土耳其头，其中 1 ANSYSDYNA有限元仿真软件简介 只有前5架参与变形，土耳其头只起矫正作用) 一 次成型方式，应用 ANSYS软件的LS—DYNA LS—DYNA是世界上最著名的通用显式动力 (显式动力分析)模块建立三维5道次冷弯方管 分析程序，能够模拟真实世界的各种复杂问题，特 的有限元模型，动态模拟方管轧制过程。5道次 维普资讯