壓下量對工字鋼矯直質量的有限元分析

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工字鋼的矯直過程進行有效的動態仿真模擬，同時，隨著其壓下量的不斷變化，其矯直后的工字鋼殘余應力呈現出一定的分布規律，基于此，本文從當前的有限元仿真模型入手，深入進行分析，并對當前的工字鋼動態仿真結果進行明確，以供相關人員參考。

關鍵詞：工字鋼;壓下量;矯直;有限元;殘余應力

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

0 引言

隨著時代不斷發展，我國建筑行業與工業逐漸繁榮，促使行業積極對自身的技術進行創新，以滿足當前的行業需求?，F階段，工字鋼應用較為普遍，但受其自身的性質影響，其自身在鋸切、軋制以及冷卻過程中，會受到散熱不均勻、沖擊力以及殘余應力等因素的影響，因此，在工字鋼出廠前必須進行合理的矯直，以此來保證其質量。

1 建立合理的有限元仿真模型

實際上，在當前的工字鋼矯直過程中，受其自身的性質影響，通常情況在工作人員主要是利用當前的矯直輥壓下腹板，進而促使邊翼發生彈塑性變形進行矯直，保證工字鋼的質量符合當前的出廠標準。通常情況下，現階段在矯直過程中其矯直的溫度主要在20-100℃范圍內，并將當前的矯直輥進行上下平行并交錯排列進行配置，滿足實際的需求。同時，應合理對當前的矯直輥剛度進行分析，由于其自身的剛度較大，故此將其設為剛性體，在壓下方案設計過程中，主要進行1輥單獨壓下，而其他7輥進行固定，在模型構建過程中，主要是以當前的8節實體單元solid為基礎，利用完全積分避免沙漏問題，并利用當前的實體單元選用雙線性隨動對模型進行合理的強化，并將單元進行合理的劃分，分析當前實際軋輥與軋件之間接觸面產生的摩擦系數，以滿足當前的需求[1]。

2 合理分析工字鋼動態仿真結果

2.1 明確壓下量對工字鋼殘余應力的分布

對于金屬材料來說，當其自身受到外力的作用后，其自身會發生明顯的形變，并產生殘余應力，但如果其自身只發生彈性形變時，并不會產生殘余應力。在矯直工字鋼過程中，其實質主要是利用當前的兩排平行交錯配置的矯直輥，經過多次的正反彎曲，利用彈性恢復能力促使當前的工字鋼得到矯正，以滿足當前的需求，由此可知，其實際的矯直過程就是當前的彈塑性形變的過程。在矯直過程中其壓下量的不同導致當前的工字鋼內部的殘余應力也不相同，對于殘余應力來說，其自身對于當前的工字鋼的尺寸穩定性、抗腐蝕能力、使用壽命以及疲勞強度產生直接的影響，因此，可以通過合理的控制殘余應力，提升工字鋼自身的抗腐蝕能力、強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，在實際的矯直過程中，工作人員主要將當前的入口輥進行下壓量取值，分別為8、10、12、14、16、18、20mm，并對其進行動態模擬，利用等值線進行表達，表示出殘余應力，并利用字母進行殘余應力值大小描述，從小到大進行排列。通過動態仿真可知，在進行動態仿真過程中，通過其殘余應力等值線可以明確的看出其殘余應力分布較為密集，在進行合理的分布時通過A、B、C、D、E、F、G、H、I進行表示，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，其殘余應力最小，而兩邊翼內外側面的殘余應力較為集中，主要有B、C、D以及少量的A、E組成，由此其自身的殘余應力遠遠小于當前的屈服極限，并且未出現更大的等值線，由此可知當前的殘余應力分布較為合理，在矯直過程中，工字鋼的矯直質量符合當前實際的需求[2]。

2.2 工字鋼矯直時期應力與應變的分布

據相關的數據顯示，當前的壓下量如果在16-18mm范圍內，其實際的矯直效果為最佳。因此，以當前的壓下量18mm為例，對其矯直工字鋼的效果進行詳細的分析，分析其應變與應力兩個因素產生的影響。在矯直過程中，工字鋼自身的前端部位通過上1矯直輥，進行下壓，并與其下2矯直輥自身的圓柱面進行合理的接觸，并跟隨下2的轉動進行矯直，此時，工字鋼自身的塑性應變逐漸增大，以實現最終的矯正。在軋件進行咬入時，等效應力數值大于當前的屈服極限，促使其發生彈塑性形變，但該情況主要發生在當前的矯直輥接觸區域對應的工字鋼邊翼處，以滿足當前的需求。實際上，在進行矯直過程中，一部分形變轉變為永久性形變，并不能依靠自身的彈性形變而恢復為原來的狀態，而此時又進行連續性的矯直，再次出現部分塑性形變而不能恢復到原來的狀態，通過不斷的進行矯正，當前的彈塑性形變逐漸不能得到回復，并且其逐漸減小，最終達到矯直的目的。實際上，如果當前的下壓量逐漸增大時，將導致當前的咬入環節難度增大，同時導致軋件自身發生過大的塑性變形，在矯直過程中隨著逐漸硬化，在到達實際的極限強度后，將直接導致當前的工字鋼發生不均勻的塑性變形，甚至對于部分工字鋼來說還有可能發生嚴重的裂紋，影響工字鋼自身的質量，造成不良的影響。而在下壓過程中，如果其下壓量過小，將導致當前的軋件在進行變形過程中發生的形變過小，得不到充分的塑性變形，難以滿足當前的質量要求[3]。

3 結論

綜上所述，在當前的背景下，工字鋼的矯直是保證工字鋼質量的重要過程，直接影響其包裝出廠的最終重量，因此，工作人員應加強對工字鋼進行矯直，靈活應用當前的先進技術，建立有限元仿真模型，并明確工字鋼動態仿真結果，合理對入口壓下量進行控制，促使工字鋼發生塑性變形，實現最終的矯直。

參考文獻：

[1]趙炳利，楊寶來，展邦華.壓下量對工字鋼矯直質量的有限元分析[J].機械設計與制造，2016（06）：6-7.

[2]韓璽吾.淺談壓下量對工字鋼矯直質量的有限元影響[J].科技創新與應用，2017（04）：192.

[3]翟志娟，張洪英.現階段壓下量對工字鋼矯直質量的有限元影響[J].民營科技，2015（09）：186.

[4]張華崧.淺談工字鋼變形的防范工藝[J].企業技術開發，2016，35（05）：20+22.