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径轴向轧制大型异形截面环件的有限元数值模拟研究

汇报人：

2024-01-18

目录

引言

径轴向轧制工艺及有限元数值模拟理论

大型异形截面环件轧制过程有限元建模

CONTENTS

目录

径轴向轧制过程数值模拟结果分析

有限元数值模拟结果与实验结果对比分析

结论与展望

CONTENTS

01

引言

CHAPTER

大型异形截面环件的应用

01

大型异形截面环件广泛应用于航空、航天、能源、交通等领域，其制造质量直接关系到重大装备的性能和安全性。

径轴向轧制技术的优势

02

径轴向轧制技术是一种先进的环件成形方法，具有高效率、高精度、低成本等优点，对于大型异形截面环件的制造具有重要意义。

有限元数值模拟的价值

03

有限元数值模拟可以预测和优化径轴向轧制过程中的材料流动、应力应变分布、微观组织演变等，为工艺设计和优化提供理论支持，缩短研发周期，降低成本。

国外研究现状

国外在径轴向轧制技术方面起步较早，已经形成了较为完善的理论体系和技术体系，在工艺控制、设备研发、数值模拟等方面取得了显著成果。

国内研究现状

国内在径轴向轧制技术方面的研究起步较晚，但近年来发展迅速，已经在工艺试验、数值模拟、设备研发等方面取得了一定成果。

发展趋势

随着计算机技术和数值模拟方法的不断发展，有限元数值模拟在径轴向轧制技术中的应用将更加广泛和深入。未来研究将更加注重多物理场耦合、微观组织演变、智能化工艺控制等方面的研究。

研究内容

本研究旨在通过有限元数值模拟方法，对径轴向轧制大型异形截面环件的过程进行深入研究，揭示材料流动规律、应力应变分布特征以及微观组织演变机制。

研究目的

通过本研究，期望能够优化径轴向轧制工艺参数，提高大型异形截面环件的制造精度和效率，为实际生产提供理论指导和技术支持。

研究方法

本研究将采用有限元数值模拟方法，建立径轴向轧制大型异形截面环件的有限元模型，通过模拟分析不同工艺参数下的材料流动、应力应变分布以及微观组织演变情况，并结合实验结果进行验证和优化。

02

径轴向轧制工艺及有限元数值模拟理论

CHAPTER

径轴向轧制是一种金属塑性加工方法，通过轧辊对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的金属环件。在轧制过程中，金属坯料同时受到径向和轴向的压缩力，实现金属的径向延伸和轴向压缩。

原理

径轴向轧制工艺具有高效、节能、环保等优点。与传统的锻造、铸造等工艺相比，径轴向轧制工艺能够显著提高金属材料的利用率和生产效率，降低能源消耗和环境污染。此外，该工艺还能够生产出形状复杂、尺寸精确的大型异形截面环件，满足高端装备制造领域的需求。

特点

有限元法

有限元法是一种数值分析方法，通过将连续的物理系统离散化为有限个单元，对每个单元进行力学分析，然后通过单元之间的连接关系组装成整体系统的数学模型。该方法能够准确地模拟复杂结构的力学行为，为工程设计和分析提供有力支持。

在轧制中的应用

有限元数值模拟方法在径轴向轧制工艺中具有重要的应用价值。通过建立金属塑性变形的有限元模型，可以模拟金属在轧制过程中的应力、应变、温度等场量的分布和演化规律，预测金属环件的形状、尺寸和力学性能。此外，通过有限元数值模拟还可以优化轧制工艺参数，提高产品质量和生产效率。

在有限元数值模拟中，需要建立金属材料的本构模型来描述其在塑性变形过程中的力学行为。常用的本构模型包括弹塑性模型、刚塑性模型等。对于高温轧制过程，还需要考虑温度对材料性能的影响，建立热弹塑性或热刚塑性模型。

材料本构模型

在径轴向轧制工艺的有限元数值模拟中，边界条件的处理至关重要。需要准确模拟轧辊与金属坯料之间的接触和摩擦行为，以及轧制过程中的热交换和传热现象。此外，还需要考虑金属坯料的初始形状、尺寸和温度分布等因素对模拟结果的影响。通过合理设置边界条件，可以提高模拟结果的准确性和可靠性。

边界条件处理

03

大型异形截面环件轧制过程有限元建模

CHAPTER

采用CAD软件对大型异形截面环件进行精确建模，获取其三维几何形状数据，包括截面形状、尺寸、圆角等细节信息。

环件几何形状描述

针对环件的几何特点和轧制过程中的变形行为，采用合适的网格划分方法，如四面体网格、六面体网格等，确保网格质量和计算精度。同时，对关键区域进行网格加密处理，以捕捉局部变形和应力集中现象。

网格划分策略

材料属性定义

根据环件的材料成分和力学性能，定义材料的弹性模量、泊松比、屈服强度、硬化模量等关键参数。考虑温度对材料属性的影响，可引入热-力耦合分析。

接触设置

在轧制过程中，环件与轧辊之间存在复杂的接触行为。需定义接触对、摩擦系数等参数，以模拟环件与轧辊之间的相互作用。同时，可采用罚函数法、拉格朗日乘子法等接触算法，提高接触分析的精度和稳定性。

VS

根据实际轧制过程，对环件施加位移边界条件，模拟轧辊的进