某型轧机机架有限元静力分析(附件)
钢铁拥有很高的强度、优秀的韧性、杰出的焊接性和便于加工的优点，因而在交通、船舶、建筑、机器、桥梁等建造行业获得很好的利用。与人民的生活密不可分，随着人们的要求变得越来越高，有限元分析成为了一个很重要的分析方法。采用轧制方法，不仅可以提高生产效率，而且还可以实现自动化和机械化的效果。对轧制技术的应用也越来越广泛。轧机机架是安装轧机轴承座、轧机调整装置的设备，是轧机的关键部件之一。这篇文章应用了ABAQUS有限元分析软件，对四棍轧机的进行静力分析和模态分析。先在绘图软件中进行轧机机架模型的建模，然后将模型导入有限元分析软件，利用软件进行网格划分和约束分析，然后各个工况的分析，最后在进行模态分析。本文主要进行的刚度分析，通过分析可以得到在设计过程中需要增加刚度轧机才能更好的使用。关键词 轧机机架，ABAQUS,静力分析，模态分析目 录
1 绪论 1
1.1 课题目的 1
1.2 课题的技术关键与难点 1
1.3 轧机机架的研究现状 1
1.4 本文的主要内容 4
2 有限元软件ABAQUS介绍 4
2.1 有限元的理论 4
2.2 abaqus软件介绍 5
3 轧机机架的模型建立 7
3.1 模型的建立 7
3.2 CAD模型导入ABAQUS软件 8
4 轧机机架的有限元分析 9
4.1 模型网格划分 9
4.2 材料设置 10
4.3 约束 11
4.4 工况分析 12
4.5模态分析 20
结论 23
致谢 24
参考文献 25
1 绪论
钢铁拥有很高的强度、优秀的韧性、杰出的焊接性和便于加工的优点，因而在汽车、船舶、建筑、机器、桥梁等建造行业获得很好的利用。因此在轧制产品中，应用最为广泛的是板带材，所以一个国家钢铁工业水平的高低可以通过板带材的产量在钢材总产量中占的比例来反映出，发达国家中板带材的产量占其钢材总产量的 50％～65％。跟着对精度要求和轧制板材表面质量请求的升高，对轧机高动态本能的技能和体系高精度也愈来愈高，轧制，是指金属
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
有很高的强度、优秀的韧性、杰出的焊接性和便于加工的优点，因而在汽车、船舶、建筑、机器、桥梁等建造行业获得很好的利用。因此在轧制产品中，应用最为广泛的是板带材，所以一个国家钢铁工业水平的高低可以通过板带材的产量在钢材总产量中占的比例来反映出，发达国家中板带材的产量占其钢材总产量的 50％～65％。跟着对精度要求和轧制板材表面质量请求的升高，对轧机高动态本能的技能和体系高精度也愈来愈高，轧制，是指金属材料在轧辊机械的压力功用下，使得其产生塑性变形，获得要求表面形状并且改变其主要性能的方法，主要用于生产板材，型材，管材。采用轧制方法，不仅可以提高生产效率，而且还可以实现自动化和机械化的效果。。中国现在拥有先进的滚动技术，在不断创新。
1.1 课题目的
本课题将充分利用有限元的估计，对轧机机架的设计表面的优化设计，完成CAE设计的真实情况。一方面能够改善计划质地,缩小设计周期,使计划人员从繁琐、反复性的工作中解放出来,以便有更多的功夫和精神举行创造性的设计;另一方面,为轧机机架的策划和改革以及轧辊和轴承的设计共给理论基础和参考过程。
如今，好的产品就要有好设计，设计的好不好是决定物品好坏的最主要因素之一。现在科技的不断进步和使用要求也越来越苛刻，这就要求我们在设计的方法上还有设计手段上也需要不断提高，那种只以经验和实验为住的传统的设计办法早已满足不了现代产品需求，现在是要以计算软件为基础，通过数值的仿真分析作为主要的设计理论和计算，这样才能得到更广泛运用。
1.2 课题的技术关键与难点
（1）工厂立架模型的建立和简化，直接影响到计算值和实际值的程度。
(2) 可以创造出合适的边界条件，是真正的有限元模型，可以解决的优化设计。
(3)有限元计算后处理结果的读取。
(4)策划变量的选取直接影响了设计质地的优质,反应了优化设计的领域,是本课题的最难的一部分。
1.3 轧机机架的研究现状
轧机机架是安装轧机轴承座、轧机调整装置等设备，是轧机的关键部件之一。。在工作中，工件被轧制到轧辊的力作用，称为轧制力，它可以承受滚动轴承、轴承座、螺杆和螺母的作用力，即，所有的机器都要接受轧制力，,它的变形和强度直接影响了工作装置的可靠性和产品的轧制精度。因此，车架需要有足够的强度和刚度。因此，框架的设计方法一直受到设计者和研究人员的关注。
现在大家可以使用许多大型的绘图软件，及其简单的建立一些内部复杂的汽车发动机部件，然后生成有限元网络模型。有限元技术发展到现在，生成网格的方法有许多种，好比常见的应设法、布点还有三角化法、简单分解法、数学分解法等等许多许多。但是，在那些复杂模型结构中，这些方法在运用上还是存在很大的困难。具体表现在两点：一是需要计算的东西太多，这就要求我们计算网格模型时要有极高配置的硬件，这对我们大学生来说不容易实现；第二，还有一些几何体实在很复杂或者就是元素尺寸地大小有很大的差距，这会让我们不能使用一些算法或者直接生成的网格存在问题。
所以在这种情况下，为了解决之前提到的问题，一个最简单有用的方法就是使用非线形建模方法，把之前的模型在拓扑结构上，通过在内部边上分解成很多个相对来说简单计算的拓扑子域，因为使用非流方法建立的模型可以在内部进行直接查询，所以在使用常用算法对已经分解后几个子域来进行网格的自动划分时，就不再能出现相邻边界之间的划分错误问题。这样能各个解决子域，最后完成大型的复杂零件的网格划分。实际上这种方法不仅充分利用了网络的自助生成技术，而且这同样也拓宽了轧机机架的分析范围。
当然解决这问题还有另一种很有效的方法，那就是把结构分成许多区域，而且节点不连续地有限元的网格，然后再通过改变节点之间的位移约束来使模型协调。还有一些大型的计算软件不但能对单个零件在有限元软件中网格能自动的生成，而且同样的对已经装配好的零件建立划分网格也能很简单的实现。
机架设计是最为传统的设计方法,是通过材料力学和弹性力学，通过材料力学并以其强度理论作为依据来设计得,这样,虽然只能求出一些局部应力=,但为了保证其可靠性，使用的安全系数往往是获得稍大的，一般要确保静强度安全系数不小于10，它会导致机架结构的尺寸过大。如此往复的实践证明机架会长生断裂的现象,这就说明这个设计方法不能确保机架保持可靠性地进行工作。其主要原因是，它不增加安全系数的一些关键部位的引导，这是一种材料的浪费，而且还不能保证最佳的安全系数。。试验结果表明，该机机架的失效原因是应力集中和疲劳破坏的特殊情况。重要损坏产生在螺母和机架窗口的转角处部位。如果采用强度理论，可以得到一些特殊零件的数值，并将其真正的应力值、应变值和框架中的每一部分的分布规律都不能得到。弹性力学虽然得到了框架的应力分布，但运行成本太高，精度较差。
随着经济快速的发展以及人们生活水平的快速提高，除了一些传统上的对材料进行强度，刚性，韧性性能的特殊要求之外，钢板的表面质量也在不断增加，冷轧带钢表面相对光滑，表面厚度比较高，利用率很高。冷轧薄带钢还具有平性度、垂直度高以及表面光滑度高的特点，还具有品种多、用途较广的特点。
1 绪论 1
1.1 课题目的 1
1.2 课题的技术关键与难点 1
1.3 轧机机架的研究现状 1
1.4 本文的主要内容 4
2 有限元软件ABAQUS介绍 4
2.1 有限元的理论 4
2.2 abaqus软件介绍 5
3 轧机机架的模型建立 7
3.1 模型的建立 7
3.2 CAD模型导入ABAQUS软件 8
4 轧机机架的有限元分析 9
4.1 模型网格划分 9
4.2 材料设置 10
4.3 约束 11
4.4 工况分析 12
4.5模态分析 20
结论 23
致谢 24
参考文献 25
1 绪论
钢铁拥有很高的强度、优秀的韧性、杰出的焊接性和便于加工的优点，因而在汽车、船舶、建筑、机器、桥梁等建造行业获得很好的利用。因此在轧制产品中，应用最为广泛的是板带材，所以一个国家钢铁工业水平的高低可以通过板带材的产量在钢材总产量中占的比例来反映出，发达国家中板带材的产量占其钢材总产量的 50％～65％。跟着对精度要求和轧制板材表面质量请求的升高，对轧机高动态本能的技能和体系高精度也愈来愈高，轧制，是指金属
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
有很高的强度、优秀的韧性、杰出的焊接性和便于加工的优点，因而在汽车、船舶、建筑、机器、桥梁等建造行业获得很好的利用。因此在轧制产品中，应用最为广泛的是板带材，所以一个国家钢铁工业水平的高低可以通过板带材的产量在钢材总产量中占的比例来反映出，发达国家中板带材的产量占其钢材总产量的 50％～65％。跟着对精度要求和轧制板材表面质量请求的升高，对轧机高动态本能的技能和体系高精度也愈来愈高，轧制，是指金属材料在轧辊机械的压力功用下，使得其产生塑性变形，获得要求表面形状并且改变其主要性能的方法，主要用于生产板材，型材，管材。采用轧制方法，不仅可以提高生产效率，而且还可以实现自动化和机械化的效果。。中国现在拥有先进的滚动技术，在不断创新。
1.1 课题目的
本课题将充分利用有限元的估计，对轧机机架的设计表面的优化设计，完成CAE设计的真实情况。一方面能够改善计划质地,缩小设计周期,使计划人员从繁琐、反复性的工作中解放出来,以便有更多的功夫和精神举行创造性的设计;另一方面,为轧机机架的策划和改革以及轧辊和轴承的设计共给理论基础和参考过程。
如今，好的产品就要有好设计，设计的好不好是决定物品好坏的最主要因素之一。现在科技的不断进步和使用要求也越来越苛刻，这就要求我们在设计的方法上还有设计手段上也需要不断提高，那种只以经验和实验为住的传统的设计办法早已满足不了现代产品需求，现在是要以计算软件为基础，通过数值的仿真分析作为主要的设计理论和计算，这样才能得到更广泛运用。
1.2 课题的技术关键与难点
（1）工厂立架模型的建立和简化，直接影响到计算值和实际值的程度。
(2) 可以创造出合适的边界条件，是真正的有限元模型，可以解决的优化设计。
(3)有限元计算后处理结果的读取。
(4)策划变量的选取直接影响了设计质地的优质,反应了优化设计的领域,是本课题的最难的一部分。
1.3 轧机机架的研究现状
轧机机架是安装轧机轴承座、轧机调整装置等设备，是轧机的关键部件之一。。在工作中，工件被轧制到轧辊的力作用，称为轧制力，它可以承受滚动轴承、轴承座、螺杆和螺母的作用力，即，所有的机器都要接受轧制力，,它的变形和强度直接影响了工作装置的可靠性和产品的轧制精度。因此，车架需要有足够的强度和刚度。因此，框架的设计方法一直受到设计者和研究人员的关注。
现在大家可以使用许多大型的绘图软件，及其简单的建立一些内部复杂的汽车发动机部件，然后生成有限元网络模型。有限元技术发展到现在，生成网格的方法有许多种，好比常见的应设法、布点还有三角化法、简单分解法、数学分解法等等许多许多。但是，在那些复杂模型结构中，这些方法在运用上还是存在很大的困难。具体表现在两点：一是需要计算的东西太多，这就要求我们计算网格模型时要有极高配置的硬件，这对我们大学生来说不容易实现；第二，还有一些几何体实在很复杂或者就是元素尺寸地大小有很大的差距，这会让我们不能使用一些算法或者直接生成的网格存在问题。
所以在这种情况下，为了解决之前提到的问题，一个最简单有用的方法就是使用非线形建模方法，把之前的模型在拓扑结构上，通过在内部边上分解成很多个相对来说简单计算的拓扑子域，因为使用非流方法建立的模型可以在内部进行直接查询，所以在使用常用算法对已经分解后几个子域来进行网格的自动划分时，就不再能出现相邻边界之间的划分错误问题。这样能各个解决子域，最后完成大型的复杂零件的网格划分。实际上这种方法不仅充分利用了网络的自助生成技术，而且这同样也拓宽了轧机机架的分析范围。
当然解决这问题还有另一种很有效的方法，那就是把结构分成许多区域，而且节点不连续地有限元的网格，然后再通过改变节点之间的位移约束来使模型协调。还有一些大型的计算软件不但能对单个零件在有限元软件中网格能自动的生成，而且同样的对已经装配好的零件建立划分网格也能很简单的实现。
机架设计是最为传统的设计方法,是通过材料力学和弹性力学，通过材料力学并以其强度理论作为依据来设计得,这样,虽然只能求出一些局部应力=,但为了保证其可靠性，使用的安全系数往往是获得稍大的，一般要确保静强度安全系数不小于10，它会导致机架结构的尺寸过大。如此往复的实践证明机架会长生断裂的现象,这就说明这个设计方法不能确保机架保持可靠性地进行工作。其主要原因是，它不增加安全系数的一些关键部位的引导，这是一种材料的浪费，而且还不能保证最佳的安全系数。。试验结果表明，该机机架的失效原因是应力集中和疲劳破坏的特殊情况。重要损坏产生在螺母和机架窗口的转角处部位。如果采用强度理论，可以得到一些特殊零件的数值，并将其真正的应力值、应变值和框架中的每一部分的分布规律都不能得到。弹性力学虽然得到了框架的应力分布，但运行成本太高，精度较差。
随着经济快速的发展以及人们生活水平的快速提高，除了一些传统上的对材料进行强度，刚性，韧性性能的特殊要求之外，钢板的表面质量也在不断增加，冷轧带钢表面相对光滑，表面厚度比较高，利用率很高。冷轧薄带钢还具有平性度、垂直度高以及表面光滑度高的特点，还具有品种多、用途较广的特点。
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