Rovnání hutního materiálu tříbodovým ohybem s využitím analytického a numerického řešení

Jana Bartecká

Doctoral thesis

Straightening of the metallurgical material by three point bending using analytical and numerical solution

Abstract:

Předkládaná disertační práce se zabývá řešením problematiky rovnání sochorů zejména čtvercového průřezu pomocí tříbodového ohybu. Nejprve je uvedena rešerše literatury zabývající se problematikou rovnání. Potom je představena metodika hodnocení přímosti sochorů v rovině a jsou definovány kriteriální hodnoty parametrů přímosti sochoru. Prezentovány jsou dvě možnosti analytického přístupu výpočtu průhybu sochoru. První je založen na geometrických vlastnostech střednice deformovaného idealizovaného nosníku a předpokladu znalosti závislosti celkového průhybu na plastickém průhybu pro uvažovaný materiál. Druhý přístup je řešen analytickou metodou za pomocí momentových rovnic a s uvažováním ideálně pružně-plastického materiálu. Výsledky obou přístupů jsou porovnány s numerickým řešením získaným pomocí konečnoprvkové analýzy. Pro snadnější vyhodnocení výsledků rovnacího procesu byla vytvořena aplikace na zpracování dat sbíraných během rovnacího procesu. Dále byla vytvořena aplikace pro automatizovanou realizaci konečnoprvkové simulace procesu rovnání a následné zpracování výsledků. V rámci řešení problematiky rovnání sochoru byly vypracovány studie pomocí metody konečných prvků. Nejprve byl simulován celý rovnací proces. Výsledky byly porovnány s měřením a prokazují funkčnost algoritmu rovnání. Pro zefektivnění rovnacího procesu byl také zjištěn tzv.“boost“ faktor, používaný především pro sochory s velkou vstupní odchylkou od přímosti, především ve tvaru luku. Dále byla provedena studie rozvolnění na dva zásahy, což se provádí při rovnání zejména z důvodu prevence zlomení sochoru. Byla provedena také konečnoprvková analýza s uvažováním komplexního modelu ve 3D, kdy byly fyzicky modelovány i opěrky. Její výsledky byly srovnány s výsledky analýzy získané s využitím zjednodušeného modelu, kdy opěrky byly simulovány pouze okrajovými podmínkami. Nakonec byl analyzován vliv opotřebení opěrek na výsledky rovnání.

Abstract:

The submitted thesis deals with the straightening of billets especially with square cross section using three-point bending. At beginning, state-of-the-art is presented. Followed by methodology of straightness evaluation and the criteria of straightness parameters are defined. Two possibilities of analytical approach are presented for the deflection calculation of the sleeve. The first one is based on geometrical properties of deformed idealized beam middle axis and the assumption that relationship for total deflection to plastic deflection for specific material is known. The second approach uses the analytical method using momentum equations and ideally elastic-plastic material. The results from both approaches are compared with the numerical solution obtained by finite element method. New add-on application was created to enable easier workflow for data evaluation from the working process of the straightening of billets. Further, another add-on application was created which enables to run the full straightening process simulation using the finite element method following data postprocessing. Particular finite element studies have been performed within the work on task of straightening of billets. First of all, the overall process of straightening has been simulated. The results have been compared with the measurement and it proves the straightening algorithm functionality. The so-called ‘boost factor’ was found to streamline the straightening process. Above mentioned ‘boost factor’ is mainly used for billets that have an excessive input straightness deviation from especially for billets in shape of bow. Moreover, the redistribution study was performed from one stroke approach to two strokes approach, which is realized especially as a prevention of the breaking of billet. Finally, finite element analysis with 3D model with consideration of supports physical shape has been performed. Obtained results from simplified model analyses considering supporting elements only as boundary as well as full 3D model including supporting shape has been compared. At the end, the analysis using 3D shape including worn out supports has been performed.

Keywords

Rovnání sochoru, tříbodový ohyb, MKP, analytické řešení, bilineární model, Chaboche

Keywords

Billet straightening, three-point bending, FEM, analytical solution, bilinear model, Chaboche

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 14. 4. 2022

Thesis defence

• Date of defence: 1. 7. 2022
• Supervisor: Radim Halama
• Reader: Roland Jančo, Zdeněk Folta, Martin Hagara

VSB – Technical University of Ostrava

Fakulta strojní

Doctoral programme / field:
Strojní inženýrství / Aplikovaná mechanika