轧钢机轴断裂的有限元分析开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

轧钢机的轴是非易损更换件，出现断裂的情况不仅造成较大的直接经济损失，而且对生产的正常进行也有很大的影响。通过ansys软件对轧钢机轴断裂的有限元分析，并结合前期的化学成分、断口、显微组织和性能等方面的研究，可以找出轧钢机轴断裂的可能原因，找到原因就能反过来改进轧钢机轴的制造工艺，这样不仅能减少企业不必要的直接经济损失，还能保证生产的正常进行，甚至延长轴的使用年限。

失效分析最早是在国外开始研究的，早在第一次工业革命时期，欧洲国家就进行失效分析的研究了，随后科学家们对失效分析开始了漫长的研究过程。随着电子行业兴起，首先在电子产品领城里将失效分析的成果应用于产品的可靠性设计，它以数理统计分析为基础，使得失效分析进人了一个新阶段。同时，由于科学技术发展突飞猛进，作为失效分析基础学科——材料科学与力学的迅猛发展，断口观察仪器的长足进步，特别是分辨率高、放大倍数大、景深长的透射和扫描电子显微镜的先后问世，为失效分析技术向纵深发展创造了有利条件，铺平了道路，并取得了辉煌的成果。同时由于大型运载工具尤其是航空装备的广泛应用，各种失效造成的事故的后果越来越大，影响越来越严重，反过来又大大促使了失效分析的迅猛发展。现如今，失效分析的研究已经受到各国的重视，并且被应用于生产生活中的方方面面，小到玩具制造大到大型设备生产都会用到失效分析的理论，这将便于我们拥有安全舒适的生产生活。

随着社会的发展，有限元分析作为一种重要的分析研究方法也慢慢地出现在人们的生产生活中。“有限元法”这一名称最早被使用是在20世纪60年代，经过50多年的发展，有限元分析理论和算法都已经日趋完善。近年来，随着计算机技术的普及和计算速度的不断提高，有限元分析在工程设计和分析中得到了越来越广泛的重视，已经成为解决复杂的工程分析计算问题的有效途径，其主要的软件有ansys、nastran等。现在从汽车到航天飞机几乎所有的的设计制造都已经离不开有限元分析计算，其在机械制造、材料加工、国防军工、船舶、科学研究等各个领域的广泛应用已使设计水平发生了质的飞跃。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容与目标：某大型轴是轧钢机上的非易损更换件，设计寿命较长。该零件在使用时发生了过早断裂，不仅给企业带来比较大的直接经济损失，而且对其生产的正常运行产生很大的影响。本工作基于ANSYS有限元数值模拟，分析该轴在服役时受力情况，结合前期的化学成分、断口、显微组织和性能等方面的研究，对该轴产生断裂的原因进行分析，并提出改进意见，供企业参考。

技术方案及措施：首先进行ANSYS有限元分析的前处理模块，将给出的轧钢机轴的相关数据通过计算机建立模型，然后将建好的模型根据给的数据进行网络划分。前处理模块结束后，进入求解模块，在该阶段，可以定义分析类型、分析选项、载荷数据和载荷步选项，然后根据受力分析进行加载和约束，最后进行有限元求解。求解完成后进入后处理阶段，该阶段是让前面的分析结果能以图形形式显示和输出。图形输出后，结合前期的化学成分、断口、显微组织和性能等方面的研究，对该轴断裂的原因进行分析，并提出材料、设计、工艺的改进意见。

3. 研究计划与安排

第1-3周：查阅相关文献，完成开题报告。

第4-5周：确定数值模拟分析的方案，并熟悉相关软件。

第6-8周：对轧钢机轴的服役受力情况进行ansys有限元分析。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]张栋等.失效分析[m].北京：国防工业出版社，2004

[2]王国强.实用工程数值模拟技术及其在ansys上的实践[m].西安：西北工业大学出版社，1999

[3]钟毅等.开卷机棱锥轴断裂的失效分析[j].钢铁研究，2010,38(5)：43-45,62

[4]董伟.半浮式半轴断裂失效的ansys分析[j].机电工程技术，2012，41（11）:17-20