2.2運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真結(jié)果分析

在空載狀態(tài)下，對(duì)定寬壓力機(jī)的主曲柄施加旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，主曲柄轉(zhuǎn)速取42r/min，即252deg/sec，可得到側(cè)壓模塊的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，如圖2.2（a）（b）所示。其中，將仿真時(shí)間設(shè)置為5s，載荷步數(shù)為50， X方向?yàn)檐堉品较颍?/span>

Y為板坯步進(jìn)方向。

從圖（a）中可以看出，側(cè)壓模塊的位移、速度和加速度在X方向均是一條平滑的正（余）弦曲線。其中，側(cè)壓錘頭的有效行程為160mm。

從圖（b）中可以看出，側(cè)壓模塊的位移曲線也可近似看作為一條正弦曲線，有效行程為16mm，但由于擺桿在該方向上的擺動(dòng)及側(cè)壓沖擊過程中的振動(dòng)使得側(cè)壓模塊的速度和加速度曲線在側(cè)壓模塊位移達(dá)到最大值的區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)一些波動(dòng)，其中加速度曲線波動(dòng)較為明顯。

3 板坯調(diào)寬有限元模型的建立

3.1幾何模型的建立

利用SolidWorks建立板坯調(diào)寬幾何模型，由于定寬機(jī)側(cè)壓機(jī)構(gòu)的模型和載荷均為對(duì)稱分布，所以可取1/2 模型進(jìn)行分析計(jì)算。側(cè)壓模塊可根據(jù)實(shí)際尺寸建立實(shí)體模型，但板坯實(shí)際尺寸較大，取實(shí)際尺寸建模會(huì)增加計(jì)算量和計(jì)算時(shí)間，而板坯中部屬穩(wěn)定變形，每次變形基本相同，故可取板坯的1/8進(jìn)行建模 ^[6]，板坯建模尺寸規(guī)格如表2所示。

3.2有限元模型的建立 ^[7]

將SolidWorks中建立的幾何模型導(dǎo)入非線性大變形有限元軟件ANSYS/LS-DYNA中，鑒于板坯屬于高溫大變形體，而側(cè)壓模塊屬于高剛度小變形體，因此將板坯視為彈塑性體，模塊視為剛體。有限元模型如圖3所示。

根據(jù)板坯的運(yùn)動(dòng)規(guī)律在板坯寬度對(duì)稱面上施加位移約束條件Uy=0，厚度對(duì)稱面上施加位移約束條件Uz=0^[8]。

將多剛體虛擬樣機(jī)仿真分析得到的側(cè)壓模塊的位移曲線作為初始條件，可以建立側(cè)壓錘頭運(yùn)動(dòng)的時(shí)間—位移數(shù)組參數(shù)進(jìn)而將其施加到錘頭上。

此外，已知板坯最大步進(jìn)量為428mm，可以根據(jù)錘頭的運(yùn)動(dòng)情況來定義板坯的加載情況，取板坯步進(jìn)量為420mm，側(cè)壓量為120mm時(shí)，部分時(shí)間—位移數(shù)組參數(shù)如表3所示。

4板坯側(cè)壓沖擊力仿真分析

4.1側(cè)壓量與側(cè)壓沖擊力的關(guān)系

在板坯定寬過程中，隨著板坯側(cè)壓量的增加，板坯的變形抗力也會(huì)越來越大，因此，為了明確不同側(cè)壓量對(duì)板坯側(cè)壓沖擊力會(huì)造成怎樣的影響，現(xiàn)以板坯規(guī)格一為例，分別選取單側(cè)側(cè)壓量90mm、120mm和150mm，模擬連續(xù)5次側(cè)壓過程中板坯所受側(cè)壓沖擊力的分布情況，得到了在不同側(cè)壓量下側(cè)壓沖擊力隨時(shí)間的變化規(guī)律，如圖4.1所示。

從圖中可以看出，相對(duì)側(cè)壓量和最大側(cè)壓沖擊力基本呈單調(diào)遞增關(guān)系。定寬壓力機(jī)在實(shí)際工作過程中要保持對(duì)板坯的穩(wěn)定側(cè)壓，宜將側(cè)壓過程中板坯最大側(cè)壓沖擊力控制在23000KN以內(nèi)，因此，為了減小因側(cè)壓沖擊力過大而造成設(shè)備故障，相對(duì)側(cè)壓量越小越好，建議最好控制在0.14以內(nèi)。

5 結(jié) 論

通過對(duì)定寬壓力機(jī)板坯側(cè)壓沖擊力的仿真分析可知，側(cè)壓沖擊力的大小與側(cè)壓量成正比，與板坯寬度成反比，相對(duì)側(cè)壓量與最大側(cè)壓沖擊力基本呈單調(diào)遞增關(guān)系。

通過相對(duì)側(cè)壓量與最大側(cè)壓沖擊力的函數(shù)關(guān)系可以快速判斷側(cè)壓量的選取是否合適。

同時(shí)，為避免側(cè)壓沖擊力過大而導(dǎo)致板坯出現(xiàn)裂痕、甚至造成設(shè)備故障，應(yīng)根據(jù)板坯材料及尺寸規(guī)格來合理選擇側(cè)壓量，以保證能夠?qū)迮鱾?cè)壓沖擊力控制在板坯可承受范圍之內(nèi)。

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