Nový přístup k výpočtové simulaci kosoúhlého rovnání tyčí

Novel approach to computational simulation of cross roll straightening of bars

journal article in Web of Science

en

A new finite element formulation, aimed at the modeling of cross roll straightening of circular bars is presented. It is based on Eulerian description of elastoplastic material flow through a stationary finite element mesh, which is fixed in space and coupled with the multi-roller straightening machine. This approach leads to extremely effective computational algorithm which provides the relation between input parameters like curvature, diameter and material of the bar, straightening rollers geometry and intermeshing on one hand and output bar curvature and residual stress distribution on the other. Using this strategy, multiple repetition of the straightening process analysis for variable intermeshing scheme is a feasible task, aimed to optimization of roller intermeshing. Basic features of the algorithm are described, some verification results presented and compared with real experiments realized in industrial conditions. The industry was also a motivation for the optimization study, presented in the last part of paper. The results prove that the suggested solution strategy is a mighty tool for effective analysis of cross roll straightening and show a great potential for other types of straightening processes as well.

Je prezentována nová formulace konečných prvků zaměřená na modelování kosoúhlého rovnání kruhových tyčí. Ta je založena na eulerovském popisu elastoplastického toku materiálu skrz stacionární síť konečných prvků, která je pevně uchycena v prostoru a svázána s několikaválcovým rovnacím strojem. Tento přístup vede k mimořádně efektivnímu výpočetnímu algoritmu, který poskytuje vztah mezi vstupními parametry jako je křivost, průměr a materiál tyče, geometrie rovnacích válců a jejich přesazení na jedné straně a výstupní křivost tyče a rozložení zbytkového napětí na straně druhé. Vícenásobné opakování analýzy rovnacího procesu pro variabilní schéma přesazení je s použitím této strategie proveditelný úkol s cílem optimalizace přesazení válců. Jsou popsány základní vlastnosti algoritmu, ověření některých prezentovaných výsledů a porovnání s reálnými experimenty realizovanými v průmyslových podmínkách. Průmysl byl také motivace pro tuto optimalizační studii prezentovanou v poslední části článku. Výsledky dokazují, že strategie navrhovaného řešení je mocný nástroj pro efektivní analýzu kosoúhlého rovnání a ukazují také velký potenciál pro další typy rovnacích procesů.

A new finite element formulation, aimed at the modeling of cross roll straightening of circular bars is presented. It is based on Eulerian description of elastoplastic material flow through a stationary finite element mesh, which is fixed in space and coupled with the multi-roller straightening machine. This approach leads to extremely effective computational algorithm which provides the relation between input parameters like curvature, diameter and material of the bar, straightening rollers geometry and intermeshing on one hand and output bar curvature and residual stress distribution on the other. Using this strategy, multiple repetition of the straightening process analysis for variable intermeshing scheme is a feasible task, aimed to optimization of roller intermeshing. Basic features of the algorithm are described, some verification results presented and compared with real experiments realized in industrial conditions. The industry was also a motivation for the optimization study, presented in the last part of paper. The results prove that the suggested solution strategy is a mighty tool for effective analysis of cross roll straightening and show a great potential for other types of straightening processes as well.

Kosoúhlé rovnání; Analýza pomocí konečných prvků; Eulerovský tok materiálu; Elastoplastický ohyb

Cross roll straightening; Finite element analysis; Eulerian material flow; Elastoplastic bending

15.07.2016

0924-0136

233

7

53–67

15