壓下量對(duì)工字鋼矯直質(zhì)量的有限元分析

任偉

摘 要：通過建立完善的工字鋼有限元模型，可以在不同的壓下量的條件下對(duì)工字鋼的矯直過程進(jìn)行有效的動(dòng)態(tài)仿真模擬，同時(shí)，隨著其壓下量的不斷變化，其矯直后的工字鋼殘余應(yīng)力呈現(xiàn)出一定的分布規(guī)律，基于此，本文從當(dāng)前的有限元仿真模型入手，深入進(jìn)行分析，并對(duì)當(dāng)前的工字鋼動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果進(jìn)行明確，以供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：工字鋼;壓下量;矯直;有限元;殘余應(yīng)力

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.01.054

0 引言

隨著時(shí)代不斷發(fā)展，我國建筑行業(yè)與工業(yè)逐漸繁榮，促使行業(yè)積極對(duì)自身的技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，以滿足當(dāng)前的行業(yè)需求。現(xiàn)階段，工字鋼應(yīng)用較為普遍，但受其自身的性質(zhì)影響，其自身在鋸切、軋制以及冷卻過程中，會(huì)受到散熱不均勻、沖擊力以及殘余應(yīng)力等因素的影響，因此，在工字鋼出廠前必須進(jìn)行合理的矯直，以此來保證其質(zhì)量。

1 建立合理的有限元仿真模型

實(shí)際上，在當(dāng)前的工字鋼矯直過程中，受其自身的性質(zhì)影響，通常情況在工作人員主要是利用當(dāng)前的矯直輥壓下腹板，進(jìn)而促使邊翼發(fā)生彈塑性變形進(jìn)行矯直，保證工字鋼的質(zhì)量符合當(dāng)前的出廠標(biāo)準(zhǔn)。通常情況下，現(xiàn)階段在矯直過程中其矯直的溫度主要在20-100℃范圍內(nèi)，并將當(dāng)前的矯直輥進(jìn)行上下平行并交錯(cuò)排列進(jìn)行配置，滿足實(shí)際的需求。同時(shí)，應(yīng)合理對(duì)當(dāng)前的矯直輥剛度進(jìn)行分析，由于其自身的剛度較大，故此將其設(shè)為剛性體，在壓下方案設(shè)計(jì)過程中，主要進(jìn)行1輥單獨(dú)壓下，而其他7輥進(jìn)行固定，在模型構(gòu)建過程中，主要是以當(dāng)前的8節(jié)實(shí)體單元solid為基礎(chǔ)，利用完全積分避免沙漏問題，并利用當(dāng)前的實(shí)體單元選用雙線性隨動(dòng)對(duì)模型進(jìn)行合理的強(qiáng)化，并將單元進(jìn)行合理的劃分，分析當(dāng)前實(shí)際軋輥與軋件之間接觸面產(chǎn)生的摩擦系數(shù)，以滿足當(dāng)前的需求[1]。

2 合理分析工字鋼動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果

2.1 明確壓下量對(duì)工字鋼殘余應(yīng)力的分布

對(duì)于金屬材料來說，當(dāng)其自身受到外力的作用后，其自身會(huì)發(fā)生明顯的形變，并產(chǎn)生殘余應(yīng)力，但如果其自身只發(fā)生彈性形變時(shí)，并不會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力。在矯直工字鋼過程中，其實(shí)質(zhì)主要是利用當(dāng)前的兩排平行交錯(cuò)配置的矯直輥，經(jīng)過多次的正反彎曲，利用彈性恢復(fù)能力促使當(dāng)前的工字鋼得到矯正，以滿足當(dāng)前的需求，由此可知，其實(shí)際的矯直過程就是當(dāng)前的彈塑性形變的過程。在矯直過程中其壓下量的不同導(dǎo)致當(dāng)前的工字鋼內(nèi)部的殘余應(yīng)力也不相同，對(duì)于殘余應(yīng)力來說，其自身對(duì)于當(dāng)前的工字鋼的尺寸穩(wěn)定性、抗腐蝕能力、使用壽命以及疲勞強(qiáng)度產(chǎn)生直接的影響，因此，可以通過合理的控制殘余應(yīng)力，提升工字鋼自身的抗腐蝕能力、強(qiáng)度以及各部分零件的使用壽命，促使工字鋼延長使用期限。例如，在實(shí)際的矯直過程中，工作人員主要將當(dāng)前的入口輥進(jìn)行下壓量取值，分別為8、10、12、14、16、18、20mm，并對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)模擬，利用等值線進(jìn)行表達(dá)，表示出殘余應(yīng)力，并利用字母進(jìn)行殘余應(yīng)力值大小描述，從小到大進(jìn)行排列。通過動(dòng)態(tài)仿真可知，在進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真過程中，通過其殘余應(yīng)力等值線可以明確的看出其殘余應(yīng)力分布較為密集，在進(jìn)行合理的分布時(shí)通過A、B、C、D、E、F、G、H、I進(jìn)行表示，例如，以中間腹板為例，其自身的等值線由少量的A與B組成，由此可以看出，其殘余應(yīng)力最小，而兩邊翼內(nèi)外側(cè)面的殘余應(yīng)力較為集中，主要有B、C、D以及少量的A、E組成，由此其自身的殘余應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于當(dāng)前的屈服極限，并且未出現(xiàn)更大的等值線，由此可知當(dāng)前的殘余應(yīng)力分布較為合理，在矯直過程中，工字鋼的矯直質(zhì)量符合當(dāng)前實(shí)際的需求[2]。

2.2 工字鋼矯直時(shí)期應(yīng)力與應(yīng)變的分布

據(jù)相關(guān)的數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)前的壓下量如果在16-18mm范圍內(nèi)，其實(shí)際的矯直效果為最佳。因此，以當(dāng)前的壓下量18mm為例，對(duì)其矯直工字鋼的效果進(jìn)行詳細(xì)的分析，分析其應(yīng)變與應(yīng)力兩個(gè)因素產(chǎn)生的影響。在矯直過程中，工字鋼自身的前端部位通過上1矯直輥，進(jìn)行下壓，并與其下2矯直輥?zhàn)陨淼膱A柱面進(jìn)行合理的接觸，并跟隨下2的轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行矯直，此時(shí)，工字鋼自身的塑性應(yīng)變逐漸增大，以實(shí)現(xiàn)最終的矯正。在軋件進(jìn)行咬入時(shí)，等效應(yīng)力數(shù)值大于當(dāng)前的屈服極限，促使其發(fā)生彈塑性形變，但該情況主要發(fā)生在當(dāng)前的矯直輥接觸區(qū)域?qū)?yīng)的工字鋼邊翼處，以滿足當(dāng)前的需求。實(shí)際上，在進(jìn)行矯直過程中，一部分形變轉(zhuǎn)變?yōu)橛谰眯孕巫?，并不能依靠自身的彈性形變而恢?fù)為原來的狀態(tài)，而此時(shí)又進(jìn)行連續(xù)性的矯直，再次出現(xiàn)部分塑性形變而不能恢復(fù)到原來的狀態(tài)，通過不斷的進(jìn)行矯正，當(dāng)前的彈塑性形變逐漸不能得到回復(fù)，并且其逐漸減小，最終達(dá)到矯直的目的。實(shí)際上，如果當(dāng)前的下壓量逐漸增大時(shí)，將導(dǎo)致當(dāng)前的咬入環(huán)節(jié)難度增大，同時(shí)導(dǎo)致軋件自身發(fā)生過大的塑性變形，在矯直過程中隨著逐漸硬化，在到達(dá)實(shí)際的極限強(qiáng)度后，將直接導(dǎo)致當(dāng)前的工字鋼發(fā)生不均勻的塑性變形，甚至對(duì)于部分工字鋼來說還有可能發(fā)生嚴(yán)重的裂紋，影響工字鋼自身的質(zhì)量，造成不良的影響。而在下壓過程中，如果其下壓量過小，將導(dǎo)致當(dāng)前的軋件在進(jìn)行變形過程中發(fā)生的形變過小，得不到充分的塑性變形，難以滿足當(dāng)前的質(zhì)量要求[3]。

3 結(jié)論

綜上所述，在當(dāng)前的背景下，工字鋼的矯直是保證工字鋼質(zhì)量的重要過程，直接影響其包裝出廠的最終重量，因此，工作人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)工字鋼進(jìn)行矯直，靈活應(yīng)用當(dāng)前的先進(jìn)技術(shù)，建立有限元仿真模型，并明確工字鋼動(dòng)態(tài)仿真結(jié)果，合理對(duì)入口壓下量進(jìn)行控制，促使工字鋼發(fā)生塑性變形，實(shí)現(xiàn)最終的矯直。

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