基于ANSYS的连铸型材切割压断的有限元分析刘荣昌尚玉峰夂董丽涛夂王庆祝汤宏博41河北科技师范学院机械电子系，河北秦皇岛，66600；2河北科技师范学院后勤服务公司；3河北省昌黎县环保局；4西安交通大学机械工程学院力的变化基本上呈线性变化；随着切口宽度的增大，压断力随之增大，当切口宽度增大到远大于切口深度时，压断力数值接近于理论值；当切口尺寸与棒料直径之比保持不变，而同时增大倍时，极限弯矩将增大3倍，目前的水平连铸型材生产线中，对于压断机油泵的参数选择并没有给出明确的理论依据以及计算公其进行了限儿分祈屯了铸铁型材的极限压断我，以期为水平连铸产线液压系统提供设汁依据1 1保温炉，2结晶器，3支撑辊，4次冷却，5牵引机，6铸铁型材，7同步切割机，8压断机1切割压断过程的理论分析1.2生产线连铸型材切割压断方法简介球墨铸铁棒料自结晶器中被拉出后随空冷却，首先由同步切割机按设定的长度在棒料上切割出定的切口，当切口到达压断机前的支撑点处，压断机在液压油缸的驱动下将棒料压断成为某种长度的型材1在切口的过程中必须保证切割机与棒料同步即相对静止，切割机的行程也受到型材长度矩，是解决压断机液压系统设计的关键问。
12压断力矩的理论估算根据材料力学纯弯曲梁的基本理论切口断面处材料的塑性变形以及断裂的过程主要是因弯曲正应力引起的23为连铸型材的切口断面，型材在被压断之前，切口断面的材料要经历个塑性变形的过程，材料首先达到屈服极限，随着应力的继续增加直到材料的断裂极限，材料便发生断裂切口断面处受载后首先产生弹性变形，型材的横截面上的应力。和应变又线性分布21所，应力和应变的峰值在切口断面的*外层当6达到屈服极限时，部分材料开始进入弹塑性状态，此时的弯珩称为弹性极限弯圯从暂不考虑材料的强化效应即假设材料为理想弹塑性材料，则随着载荷逐渐增加，棒料横截面上塑收稿日期侧则洲收到日期20性区逐渐扩大，且塑性区内的应力保持为*后，横截面上只剩下临近中性轴的很小区域内材料是弹性的，这时可以认为在拉应力区或压应力区，应力都达到了材料的屈服极限，即有6=.此时的弯矩称为塑性极限弯矩路在2中建立以断面中性轴为原点的坐标系，则屈服极限弯矩为现考虑材料的强化效应；假设材料在；1服后应力随应变线忡增大即假设材料为线性强化材料。
所以，为了求断裂极限弯矩，可以将屈服极限弯矩加上屈服后呈线性变化而达到断裂的弯矩值服应力和断裂应力；为切口截面的惯性矩；片和少的意义2以某，9002铸铁型材为例，给定的几何和材料参根据截面的几何参数计算中性轴的位置，进而可计算截面惯性矩则由式。和式2得到该种型材极限2连铸型材切割压断的有限元分析连铸根材的整个分析过柞应考虑两种非线性因素的影响，即，几何非线性。长棒料由于受到某处的集中压力所产生的大变形大挠度行为。，材料塑性变形产生的材料非线也在支撑辊配置合理的情况下，几何非线性的影响很小。因此主要考虑的是切口处的塑性变形的情况，笔者所建模型是只选棒料切口处的小段作为研究对象，在建模与分析过程中忽略了连铸型材的几何非线性对结果所产生的影响。同样，因为在400，韵虑蚰母飨钚阅鼙冉衔榷ǎ，所以在此忽略了温度的影响。
前面利用力学基本理论所建立的压断力矩的计算公式1和2在使用上是方便的，但由于在公式推导时，只考虑了横截面上的单向受力情况，与实际的维受力情况能否较好地吻合尚有待验证，笔者利用ANSYS建立了连铸型材的维实体模型，并把所得到的分析结果进行比较材料性质方面。采叫比较接近于实2际的线性强化弹塑性模型，即在人3 88多种非线忡选项中选经典的双线性随动强化模型8该模型适用十求解遵分屈服准则初始为各向同性的大多数金属材料的小应变问23！需要输入的参数有弹性模量泊松比屈服应力和切向斜率等。材料的应力应变曲线及分网后的有限元模型如阁3和闯43铸铁翻应变线双线性强化网格划分时选用了10节点的8，92单元4，单元总数为3543个。又由于是非线性问，所以载荷的施加必须分步添力。求解时激活了非线性选项，并打开了自动时间步长选项。
3编制程序要得到切口宽度与压断力矩之间所存在的关系，必须经过大量的重复计算，为了提高效率，采用计了实用的对话窗口，简单地改变些输入参数就可以方便的得到不同材料不同尺寸不同切口深度和宽度的棒料应力分布。源程序如下4！输入材料特性start！输入几何参数92！选择单元tb，bkin，1！激活非线性选项！激活自动时间步长打开预测器选项！打开线性搜索选项lswrite.i！生成载荷步文件save！求解并保存结果prnsol，s！列出危险部位的应乃分布！输入载荷本程序己经在入奶36.0中运行通过，在配置为主频9001的，6加撇56河内存的PC机上单次运行时间大约为4テ60min本程序适当修改可运用于非圆截面铸铁型材4结果分析利用人3的通用后处理器和时间历程后处理器对计算结果进行提取分析后明铸铁型材切割压断有限儿分析5果论分析大体致，性轴的位置及切祈面1应力的分尔规律吻合较好，即棚彭，厉，挪魏厉，辑翻，加理论计算结果为12 354.3=，而在，3上的有限兀计算纟1果则为5 1逊1.变形和应力应变结果的云或列显，还可以制作动画演计算结果的变化，有关后处理的相关操作可参阅文经过大试的有限元算，到以基木的变化规律随着连铸型材切割压断过程中切口深度的，加，压断力随之减小，切口的深度同压断力的变化基本上呈线性变化随着型材切口的宽度，大，压断力随之，大，这是因为应力集中的原因当切口宽度增加到远大5切口的深度时，其数值接近压断力的理论解当切口尺寸同棒料直径的比值保持不变，而同时增大倍，极限弯矩将，加，3倍。说明棒料直径对压断力的影响是极大的。
5总结通过压断力矩的纯弯曲梁模型，得到压断力矩的计算公式，然后运用有限元方法对水平连铸系统的压断力矩进行分柝公式解由于在模型中不能考虑切口所产生的应力集中效应，故与数值解所得结果相比显得比较保守。乙132水平连铸生产线原设计压断机构液压油缸的*大压断力为32参照有限元计算结果，对2132生产线连铸型材切割压断装置进行了改进设计，改进后的压断机构液压油缸的设计压断力为2，仅此项就可以节省制造成本2万3万元，从而提高了经济效益，降低了功率消耗，大大减小了设各体枳和重试改进后的设备在，西新华安铸铁型材有限公司和山东兖州。广运行以好俞茂宏，汪惠雄。材料力学厘。北京高等教育出版社，1990.
