压下量对工字钢矫直质量的有限元分析

任伟

摘 要：通过建立完善的工字钢有限元模型，可以在不同的压下量的条件下对工字钢的矫直过程进行有效的动态仿真模拟，同时，随着其压下量的不断变化，其矫直后的工字钢残余应力呈现出一定的分布规律，基于此，本文从当前的有限元仿真模型入手，深入进行分析，并对当前的工字钢动态仿真结果进行明确，以供相关人员参考。

关键词：工字钢;压下量;矫直;有限元;残余应力

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

0 引言

随着时代不断发展，我国建筑行业与工业逐渐繁荣，促使行业积极对自身的技术进行创新，以满足当前的行业需求。现阶段，工字钢应用较为普遍，但受其自身的性质影响，其自身在锯切、轧制以及冷却过程中，会受到散热不均匀、冲击力以及残余应力等因素的影响，因此，在工字钢出厂前必须进行合理的矫直，以此来保证其质量。

1 建立合理的有限元仿真模型

实际上，在当前的工字钢矫直过程中，受其自身的性质影响，通常情况在工作人员主要是利用当前的矫直辊压下腹板，进而促使边翼发生弹塑性变形进行矫直，保证工字钢的质量符合当前的出厂标准。通常情况下，现阶段在矫直过程中其矫直的温度主要在20-100℃范围内，并将当前的矫直辊进行上下平行并交错排列进行配置，满足实际的需求。同时，应合理对当前的矫直辊刚度进行分析，由于其自身的刚度较大，故此将其设为刚性体，在压下方案设计过程中，主要进行1辊单独压下，而其他7辊进行固定，在模型构建过程中，主要是以当前的8节实体单元solid为基础，利用完全积分避免沙漏问题，并利用当前的实体单元选用双线性随动对模型进行合理的强化，并将单元进行合理的划分，分析当前实际轧辊与轧件之间接触面产生的摩擦系数，以满足当前的需求[1]。

2 合理分析工字钢动态仿真结果

2.1 明确压下量对工字钢残余应力的分布

对于金属材料来说，当其自身受到外力的作用后，其自身会发生明显的形变，并产生残余应力，但如果其自身只发生弹性形变时，并不会产生残余应力。在矫直工字钢过程中，其实质主要是利用当前的两排平行交错配置的矫直辊，经过多次的正反弯曲，利用弹性恢复能力促使当前的工字钢得到矫正，以满足当前的需求，由此可知，其实际的矫直过程就是当前的弹塑性形变的过程。在矫直过程中其压下量的不同導致当前的工字钢内部的残余应力也不相同，对于残余应力来说，其自身对于当前的工字钢的尺寸稳定性、抗腐蚀能力、使用寿命以及疲劳强度产生直接的影响，因此，可以通过合理的控制残余应力，提升工字钢自身的抗腐蚀能力、强度以及各部分零件的使用寿命，促使工字钢延长使用期限。例如，在实际的矫直过程中，工作人员主要将当前的入口辊进行下压量取值，分别为8、10、12、14、16、18、20mm，并对其进行动态模拟，利用等值线进行表达，表示出残余应力，并利用字母进行残余应力值大小描述，从小到大进行排列。通过动态仿真可知，在进行动态仿真过程中，通过其残余应力等值线可以明确的看出其残余应力分布较为密集，在进行合理的分布时通过A、B、C、D、E、F、G、H、I进行表示，例如，以中间腹板为例，其自身的等值线由少量的A与B组成，由此可以看出，其残余应力最小，而两边翼内外侧面的残余应力较为集中，主要有B、C、D以及少量的A、E组成，由此其自身的残余应力远远小于当前的屈服极限，并且未出现更大的等值线，由此可知当前的残余应力分布较为合理，在矫直过程中，工字钢的矫直质量符合当前实际的需求[2]。

2.2 工字钢矫直时期应力与应变的分布

据相关的数据显示，当前的压下量如果在16-18mm范围内，其实际的矫直效果为最佳。因此，以当前的压下量18mm为例，对其矫直工字钢的效果进行详细的分析，分析其应变与应力两个因素产生的影响。在矫直过程中，工字钢自身的前端部位通过上1矫直辊，进行下压，并与其下2矫直辊自身的圆柱面进行合理的接触，并跟随下2的转动进行矫直，此时，工字钢自身的塑性应变逐渐增大，以实现最终的矫正。在轧件进行咬入时，等效应力数值大于当前的屈服极限，促使其发生弹塑性形变，但该情况主要发生在当前的矫直辊接触区域对应的工字钢边翼处，以满足当前的需求。实际上，在进行矫直过程中，一部分形变转变为永久性形变，并不能依靠自身的弹性形变而恢复为原来的状态，而此时又进行连续性的矫直，再次出现部分塑性形变而不能恢复到原来的状态，通过不断的进行矫正，当前的弹塑性形变逐渐不能得到回复，并且其逐渐减小，最终达到矫直的目的。实际上，如果当前的下压量逐渐增大时，将导致当前的咬入环节难度增大，同时导致轧件自身发生过大的塑性变形，在矫直过程中随着逐渐硬化，在到达实际的极限强度后，将直接导致当前的工字钢发生不均匀的塑性变形，甚至对于部分工字钢来说还有可能发生严重的裂纹，影响工字钢自身的质量，造成不良的影响。而在下压过程中，如果其下压量过小，将导致当前的轧件在进行变形过程中发生的形变过小，得不到充分的塑性变形，难以满足当前的质量要求[3]。

3 结论

综上所述，在当前的背景下，工字钢的矫直是保证工字钢质量的重要过程，直接影响其包装出厂的最终重量，因此，工作人员应加强对工字钢进行矫直，灵活应用当前的先进技术，建立有限元仿真模型，并明确工字钢动态仿真结果，合理对入口压下量进行控制，促使工字钢发生塑性变形，实现最终的矫直。

参考文献：

[1]赵炳利，杨宝来，展邦华.压下量对工字钢矫直质量的有限元分析[J].机械设计与制造，2016（06）：6-7.

[2]韩玺吾.浅谈压下量对工字钢矫直质量的有限元影响[J].科技创新与应用，2017（04）：192.

[3]翟志娟，张洪英.现阶段压下量对工字钢矫直质量的有限元影响[J].民营科技，2015（09）：186.

[4]张华崧.浅谈工字钢变形的防范工艺[J].企业技术开发，2016，35（05）：20+22.