[发明专利]一种基于有限元分析连铸机扇形段导辊在线周期的方法

说明书

本发明涉及一种基于有限元分析连铸机扇形段导辊在线周期的方法，其包括以下步骤：对连铸机扇形段导辊一组压下辊建立有限元数学模型，收集连铸机扇形段压下辊的相关数据，用双线性材料模拟金属在高温变形过程中材料的动态行为，生成材料本构曲线；采用增广拉格朗日对辊面和板坯表面之间的非线性接触进行理论分析，并通过人为引入穿透量和初始接触刚度系数，进行迭代计算，完成压下辊外部疲劳周期的估算，生成寿命云图和损伤云图，找出寿命最低点进行估算。采用子模型计算进一步验证结果。简单可靠，压下辊外部疲劳周期的估算在有限元软件内部完成，快速而高效，本发明可以广泛应用于涉及连铸机扇形段导辊在线周期的估算分析中。

技术领域

本发明涉及有限元数学建模模拟方法，尤其涉及一种基于有限元分析连铸机扇形段导辊在线周期的方法。

背景技术

机械零部件的在线周期往往与零件之间的摩擦磨损状况相关。现有技术中，机械零部件的生产通常首先根据实际需要设计出产品，对产品加上载荷进行实验，如果实验过程中产品达不到设计要求重新设计产品，然后再进行实验，直到产品合格为止，此过程不仅耗时较长，而且返工率比较高，导致生产成本较大和效率较低。利用有限元数学建模模拟方法准确地模拟机械零部件在生产过程中的摩擦磨损现象，可以分析机械零部件的在线周期，改进零部件的设计方案，节省研发成本。

工业应用中的一种手段是通过实验获得相关数据，然而实验成本较高，而且实验过程中只能获得某些点的信息，无法得到数据在整个区域的分布。随着有限元技术的进步，尤其是大型有限元软件突飞猛进的发展，机械零部件的在线周期可以利用这些软件得到很满意的数值解答。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于有限元分析连铸机扇形段导辊在线周期的方法，能够更加完整地模拟连铸机扇形段导辊磨损过程，精确得到连铸机扇形段导辊在线周期。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于有限元分析连铸机扇形段导辊在线周期的方法，其包括以下步骤：

1)问题描述及相关参数边界条件设定

a.对连铸机扇形段导辊一组压下辊建立有限元数学模型；

b.收集连铸机扇形段压下辊的相关数据，如电机转数、板坯速度、板坯温度、板坯尺寸、驱动辊直径、材质等；

c.用双线性材料模拟金属在高温变形过程中材料的动态行为，生成材料本构曲线；

2)采用增广拉格朗日对于辊面和板坯表面之间的塑性变形的非线性接触进行理论分析，并通过人为引入穿透量和初始接触刚度系数，完成迭代计算；

3)网格质量分析

a.为确保非线性计算的收敛性和接触探测的准确性，采用六面体Solid186高阶单元作为有限元数学模型；

b.确定接触模型的目标单元和接触单元，对三维结构和耦合场接触分析；

c.调整初始接触状态，闭合接触面之间的空隙和穿透，防止接触应该因初始穿透影响接触应力的计算结果；

4)计算过程及结果

a.首先查看整个计算收敛过程，确保结果正确。通过计算收敛曲线可知计算过程是否收敛，并完成计算，计算所得Von-Mises应力；

b.采用子模型计算可更好细化应力分布，并进一步验证结果；

c.为确保计算精确，需将穿透量控制在一定范围，并计算出穿透值、摩擦力；

d.对所有计算数据进行最终汇总，如位移、应变、应力、穿透量、摩擦应力子模型应力、全模型应力等；