轧机毕业设计开题报告

燕山大学

轧机毕业设计开题报告

本科毕业设计（论文）开题报告

课题名称：3500中厚板轧机

学院（系）：机械工程学院

年级专业：06级机电3班

学生姓名：王瑞超

指导教师：牟德君

完成日期：2015年3月17日

一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义

冶金工业部标准规定：厚度在4毫米以下的钢板称为薄板；厚度在4毫米以上的称为厚板。我国习惯于将厚度在4~25毫米范围内的钢板成为中板。

在国民经济的各个部门中广泛的采用中板。它主要用于制造交通运输工具（如汽车、拖拉机、传播、铁路车辆及航空机械等）、钢机构件（如各种贮存容器、锅炉、桥梁及其他工业结构件）、焊管及一般机械制品等。[1]

中板生产目前均采用热轧。即将钢胚或钢锭加热后，在轧机中经多道次轧制，轧成一定厚度的钢板。

生产中板的轧机型式很多。按机架机构分类，可分为二辊式、四辊式、复合式和万能式几种。按机架布置风雷，可分为单机架、并列式和顺列式等几种。[1]

1.轧钢机的发展

初轧机的发展。初轧机的发展经过了3个阶段，到20世纪70年代初，初轧机的轧辊直径已增大到了1 500 mm。我国从1959年开始自行设计制造开坯机，目前已制成700mm，750tam，850lnm，1 150mm初轧机。20世纪80年代以来，连铸技术得到较大的发展，连铸比达到80％甚至更高，连铸连轧工艺和设备也日趋完善，初轧机的职能将逐步转变为配合连铸，弥补连铸在钢种和规格方面的不足。

带钢连轧机的发展。在所有市场需求的钢材中，板带材占有相当大的比重。我国于1981年从13本引进1 700mm热连轧机的全套设备。随后，一大批具有先进生产工艺的热连轧和冷连轧板带厂迅速崛起，。热连轧机发展的主要特点有：加大带卷和坯料重量，减少切头切尾的损耗，提高产品收得率；采用加速轧制，提高钢材产量；产品规格增加，精度提高；采用计算机控制，提高了自动化水平等。冷轧钢板的生产成本、投资费用虽然比热轧钢板高，但由于冷轧钢板的性能和质量比热轧好，在同样用途下，可以节约金属材料达30％，故冷轧板生产得到迅速发展。我国于1965年末制成300him五机架试验性窄带钢冷连轧机，20世纪80年代又从原西德引进1 700 lnlrn五机架带钢冷连轧机成套机组，90年代后又有六辊HC轧机、CVC轧机也先后投入生产。带钢冷连轧机正在向大型化、高速化、高精度和自动化方向发展。[2]

2.轧钢技术发展前景

世界轧钢工业的技术进步主要集中在生产工艺流程的缩短和简化上，最终形成轧材性能高品质化、品种规格多样化、控制管理计算机化等。展望未来，轧钢工艺和技术的发展主要体现在以下几方面。(1)铸轧一体化。利用轧辊进行钢材生产，因其过程连续、高效、可控且便于计算机等高新技术的应用，在今后相当一段时间内，以辊轧为特征的连续轧钢技术仍将是钢铁工业钢材成型的主流技术，但轧钢前后工序的衔接技术必将有长足的进步。在20世纪，由于连铸的发展，已经逐步淘汰初轧工序。而连铸技术生产的薄带钢直接进行冷轧，又使连铸与热轧工序合二为一。铸轧的一体化，将使轧制工艺流程更加紧凑。同时，低能耗、低成本的铸轧～体化，也是棒、线、型材生产发展的方向。(2)轧制过程清洁化。在热轧过程中，钢的氧化不仅消耗钢材与能源，同时也带来环境的污染，并给深加工带来困难。因此，低氧化燃烧技术和低成本氢的应用都成为无氧化加热钢坯的基本技术。酸洗除鳞是冷轧生产中最大的污染源，新开发的无酸清洁型(AFc)除鳞技术，可使带钢表面全无氧化物、光滑，并具有金属光泽。无氧化(或低氧化)和无酸除鳞(氧化铁皮)这两项被称为绿色工艺的新技术，将使轧钢过程清洁化。(3)轧制过程柔性化。板带热连轧生产中压力调宽技术和板形控制技术的应用，实现了板宽的自由规程轧制。棒、线材生产的粗、中轧平辊轧制技术的应用，实现了部分规格产品的自由轧制。冷弯和焊管机也可实现自由规格生产。这些新技术使轧制过程柔性化。(4)高新技术的应用。20世纪轧钢技术取得重大进步的主要特征是信息技术的应用。板形自动控制，自由规程轧制，高精度、多参数在线综合测试等高新技术的应用使轧钢生产达到全新水平。轧机的控制已开始由计算机模型控制转向人工智能控制，并随着信息技术的发展，将实现生产过程的最优化，使库存率降低，资金周转加快，最终降低成本。(5)钢材的延伸加工。在轧钢生产过程中，除应不断挖掘钢材的性能潜力外，还要不断扩大多种钢材的延伸加工产业，如开发自润滑钢板用于各种冲压件生产，减少冲压厂润滑油污染；开发建筑带肋钢筋焊网等，把钢材材料生产、服务延伸到各个钢材使用部门。随着工业的发展和轧钢技术的进步，轧钢工艺的装备水平和自动控制水平不断提高，老，式轧机也不断被各种新型轧机所取代。按照我国走新型工业化道路的要求，轧钢技术发展的重点也转移到可持续发展上，在保证满足环保要求的条件下，达到钢材生产的高质量和低

成本。[2]

二、3500中厚板轧钢机设计的目的和意义

中国已经连续8年稳定地成为世界钢材产量的第一大国。据统计，2003年全国累计产钢材2.36亿T，其中中厚板产量为2460万，比2002年增长了22.5%。目前中国3000mm以上宽度的中厚板轧机仅有8套，其余均为3000mm以下，整体装备水平仍较低，还没有很好地应用控制轧制和控制冷却等提高产品力学、物理性能的工艺技术，生产产品的质量和品种远远不能满足国民经济发展的需要。为了缩小与发达国家中厚板轧机先进水平之间的差距，提高工艺技术和装备水平，改变产品和技术经济指标比较落后的局面，就必须淘汰落后的工艺技术和设备，不断地对现有的中厚板轧机进行现代化技术改造和兴建新机组，这是中国由钢铁生产大国走向钢铁强国的重要一步。[3]

我所研究的课题是3500中厚板轧钢机的设计，使我设计的轧钢机具有生产出厚度在4毫米以上，最大宽度为3500毫米的中厚钢板的能力；以及对轧钢机部分功能以及结构方面进行改进或创新，使其能够高效、平稳、精确的生产出合格的产品。

三、研究的基本内容，拟解决的主要问题

我所研究的基本内容是：使我设计的轧钢机具有生产出厚度在4毫米以上，最大宽度为3500毫米钢板的能力；以及对轧钢机部分功能以及结构方面进行改进或创新，使其能够高效、平稳、精确的生产。

方案的选择:

选择顺列式双机架中板轧机，采用二辊可逆式粗轧机及四辊可逆式精轧机的组合，集中了两种轧机的优点，能够获得精确的厚度公差及较高的生产能力。[1]

待解决的问题:

(1) 辊系的结构设计

辊的结构设计，主要包括辊型设计和参数设计。

目前，由于国内中厚板轧机装备水平比较落后，绝大部分不具有板形控制设备，因而板形控制手段比较单一，板形控制能力弱。在轧制过程中，轧辊因受轧制力的作用而产生挠曲变形和压扁变形。同时，由于轧辊辊身长度方向上的温度不均匀引起的轧辊热凸度也对轧件出口凸度产生影响。合理的辊型设计不但有利于板形控制，还具有在轧辊磨损区域内增大轧辊使用寿命的作用。辊型优化设计时，不仅应考虑轧辊热凸度和磨损的影响，另外还要考虑磨床的加工能力。[3]

(2) 机架的结构设计

机架是轧机中最重要的零部件之一，用来安装轧辊辊系与轧辊调整装置，并承受全部轧制力。因此机架应具有足够富裕的强度和刚度，以保持其工作可靠。由于闭式机架具有结构合理，强度和刚度均较高的特点，已被广泛用于轧制力较大的板坯和板带轧机上。

为了保证轧机机架在工作中安全可靠不被破坏，必须对其强度进行计算，同时，为了保证轧制的精度，还应对其刚度进行计算。[4]

(4) 主要零部件的结构设计

轧机执行功能所必要的零部件的设计与校核。

(5)总体设计

中板的厚度控制方法需要改进。轧机的整体根据实际情况需要完善和改进。

三、研究步骤、方法及措施

首先查阅文献资料，从文献资料中掌握一些关于中厚板轧机的基本知识，确定研究方案。

然后对研究方案进行机械结构设计，进行力能参数的选择与计算；定出各零部件的尺寸形状，进行强度校核，用Autocad制作轧机的装配图和零件图。

用Solidworks对每个零件进行设计造型，再将每个零件装配起来，进行运动仿真模拟。

综合考虑，检查错误。

设计思路：在传统的轧机理论基础上进行部分的改进和创新。

四、研究工作进度

第一阶段（3月1号~3月20号），查阅资料和阅读参考文献，了解国内外轧机发展状况，确定研究方案及大体的'机械结构。

第二阶段（3月21号~4月12号），对选定方案进行主要零部件的结构设计及运动学分析，并计算相关的力能参数。

第三阶段（4月12号~5月1号）总体设计，机械校核，绘制主要零件图。

第四阶段（5月2号~5月9号），绘制轧机总体装配图。

第五阶段（5月9号~6月1号），综合考虑，检查错误，撰写论文。

第六阶段（6月6号~6月19号），制作毕业设计说明书，翻译外文文献，整理论文。

五、主要参考文献

【1】洛阳矿山机械研究所.2300中板车间机械设备[M].北京:机械工业出版社,1978：1，3，6-7.

【2】程志彦.轧钢机和轧钢技术的发展[J].科技情报开发与经济,2015，15(13)：1-120.

【3】田勇，胡贤磊，王昭东，赵忠，王国栋.2500 mm中厚板精轧机支承辊辊型优化设计[J].钢铁研究学报,2015，18(10)：23-25

【4】汪曦，尚旭.中板精轧机机架的应力分析[J].冶金设备，2015，(2)：33，47-49

【5】杨伟增，张彦章.天钢3500mm中厚板生产工艺、装备和产品结构

[J ].轧钢.中国金属学会2015年中厚板学术会议，上海，20151100.上海.中国金属学会，轧钢编辑部.20151100.101-106

【6】胡加洪.中厚板轧机厚度自动控制系统的研究.东北大学，硕士论文. 20040201，1-83

【7】王青海，张功焰，强伟，金永春，王国栋，刘相华，王君.从首钢3500轧机建设看-中-国中厚板生产设备、工艺技术的发展[J].中国金属学会.中国金属学会2004年全国炼钢、轧钢生产技术会议,无锡,20040501.无锡, 中国金属学会,20040501,626-633

【8】常安，白金兰，邸洪双，阳代军，刘光明.首钢3500 mm中板轧机辊型研究与应用[J].钢铁.2015，41(8)：41-45

【9】唐卫东，王哲，赵运涛.3500mm轧机机架辊的结构特点[J].一重技

术.2015，(6)：1-2

六、指导教师意见

……………………………………………………………………………………………

指导教师签字：

年月日

七、系级教学单位审核意见：

审查结果： □ 通过 □ 完善后通过 □ 未通过

负责人签字：

年月日

轧机毕业设计开题报告 [篇2]

学生姓名： --- 学号： ---

专业：机械设计制造及其自动化

设计(论文)题目：基于ansys 轧机机架的有限元分析

指导教师： --- 教授

2012 年3 月8 日

开题报告填写要求

1．开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委

员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指

导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签

署意见及所在系审查后生效；

2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设

计的电子文档标准格式打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后

应及时交给指导教师签署意见；

3．“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）

在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于10

篇（不包括辞典、手册）；

4．有关年月日等日期的填写，应当按照国标 gb/t 7408—94

《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，

一律用阿拉伯数字书写。如“2002 年4 月26 日”或“2002-04-26”。

毕业设计（论文）开题报告

1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写

2000 字左右的文献综述：

文献综述

一、本毕业设计（论文）研究的目的和意义

轧机是钢铁板材生产线的主要设备，机架是轧机的重要部件，影响轧材板形精度因

素很多，其中，轧机系统垂直方向的间隙和弹性变形是主要因素。机架是轧机的重要

承载部件，在轧制过程中，被轧制的金属作用到轧辊上的全部轧制力，通过轧辊轴承、

轴承座、压下螺丝及螺母传给机架，并由机架全部吸收不再传给地基，因此，机架必须

具有足够的刚度和强度。然而在轧制过程中，机架的受力情况较复杂，作用在机架上的

力包括轧制力、带材前后张力差引起的立柱上水平力、轧辊平衡装置在机架上下横梁的

附加力、各种水平力形成的倾翻力矩在机架下支承面的反力等，其中轧制力最大。机架

作为轧机中最重要的部件，它的刚度将直接影响到轧制的精度，而轧制的精度是一台轧

机的装机水平的标志，轧机的强度则是轧机能否长期安全稳定工作的前提条件。这就要

通过有限元分析确定机架各部分的受力分布和变形情况，这对于机架能否安全工作是十

分必要的。

二、本毕业设计（论文）研究现状及研究方法

内容为基于有限元分析的轧机机架的研究

（一）、轧机机架研究现状

国内许多科技工作者在机架的强度、刚度以及机架的振动方面作了大量的工作。重

庆大学黄世琦

[1 ]

等对重庆钢铁公司第五钢铁厂的2450 大型中板轧机进行了有限元计算，

并对整机作了光弹分析。得出的结论是:机架的最大应力发生在压下螺母孔承压面上和

上横梁与立柱间转角的内侧。重庆大学余钦义

[ 2 ]

对冷轧机机架进行了有限元分析，并得

出上转角虽是应力集中较大的部位，但并不是上横梁中应力最大处。李友荣、刘安中

[ 3 ]

应用ansys 软件系统对1000mm 初轧机机架进行了三维有限元分析，得出三维有限元计

算的应力值与实测值是一致的，且能精确提供轧机机架各部分，特别是应力集中区域的

应力分布和变形情况;压下螺母孔承压面圆角附近存在严重的应力集中，该处是机架强

度最薄弱之处。姜世平

[ 4 ]

等对1500mm 冷连轧机组轧机机架进行受力分析，应用ansys

软件分析计算了单机架的应力场、位移场。计算结果表明:最大应力位于机架底部与地

面连接部位，适当增加该部位的过渡圆角，可有效降低应力值。王俊领

[ 5 ]

应用saps 程

序对4200min 轧机机架进行了三维有限元分析，对螺母孔处的圆角半径及位置进行了7

种方案的计算分析，得出的结论:机架的危险点是压下螺母孔过渡圆角与机架对称平面

相交的点。南方冶金学院的王幼华

[ 6 ]

等采用super 一sap91 软件系统对小型轧机闭式机

架进行了整机的三维有限元强度和刚度分析，得出小型闭式机架的最大应力区发生在上

横梁压下螺母孔座周围的结论。采用有限元方法及光弹实验方法对四辊液压轧机机架的

强度及刚度进行了分析，得出结论为:有限元计算和光弹性实验的结果相当接近，而采

用有限元分析，在应力集中部位求解的应力值更准确。对粗轧机机架结构进行了有限元

应力与变形的分析。刘晓星、李平通过建立板带轧机座垂直振动的力学模型，提出了振

动模态，对板形、板厚影响的指标，并以4200 厚板轧机为例，从动力学观点分析了板

形、板厚波动的因素以及改进方法。于辉等根据某初轧机的结构设计方案，利用大型有

限元软件ansys，建立了结构分析模型，得出了该轧机机架容易激发的固有频率与振型，

以及承受最大轧制力时的变形程度。分析出机架结构振动大小的分布，确定了该机架的

危险截面位置。艾厚庄等针对1700 四辊带钢轧机振动问题，利用大型有限元软件ansys，

建立机架的结构分析模型，得出该轧机机架容易激发的固有频率和振型;并利用结构力

学理论对典型模态进行了验证。为轧机机架设计及抑制轧机振动提供了依据。瞿志豪等

针对我国某钢厂1420 冷连轧出现的颤振现象，从实测入手分析了它的振源和颤振频率，

又用有限元分析方法验证了机座发生颤振的实验结论。范小彬等介绍了近二十年来带钢

热轧机和冷轧机机座振动的基本特征、研究手段和解决办法，为解决当前国内轧机振动

问题提供一些借鉴，提出了今后轧机振动的研究方向和重点。

（二）、有限元法及ansys 软件

有限元法的基本思想是“先分后合”，即将连续体或结构先人为地分割成许多单元并

认为单元与单元之间只通过节点联结，力也只通过节点作用。在此基础上，根据分片近

似的思想，假定单元位移函数，利用力学原理推导建立每个单元的平衡方程组，再将所

有单元的方程组，组织集成表示整个结构力学特性的代数方程组，并引入边界条件求解。

ansys 作为专业的cae 软件，具有强大的求解器和前处理及后处理功能。它包两个后处

理器和几个辅助求解器等

[ 7 ]

。ansys 前处理器用于生成有限元模型，指定随后求解中需

要的选择项;ansys 求解器用于施加载荷及边界条件，然后完成求解运算;ansys 后处理

器用于获取并检查求解结果，以对模型做出评价。ansys 在智能网格化分器上，具有卓

越的特点。它具有较强的非线性求解能力，且非线性的收敛控制具有智能性;它含有参

数化设计语言。数据库兼容的特点使其非常适合进行高级的优化分析。ansys 软件具有

很强的硬件平台适应性，它可以在从pc 机到巨型机的所有硬件平台上运行。ansys 有限

元程序不仅能够分析已有的结构在各种工况下的工作状况，而且还可以进行特定条件下

的合理性设计。用它可以进行结构分析、模态分析、热分析、热一结构祸合分析、磁场

分析以及优化分析。此外，软件共享资源，使用户在cae 过程中避免重复建模

[ 8 ]

。

（三）、有限元研究轧机机架的优势

机架的传统研究方法，一般都采用材料力学方法

[ 9 ]

。国外许多国家多使用凯勒尔提

出的静不定刚架计算方法(1955 年)或斯通方法(1936 年)

[1 0 ]

或是这些方法的扩展。但前

苏联、东欧各国以及我国前一时期，多采用采利柯夫的计算方法。传统的研究方法是以

材料力学和光测弹性力学为主，即应用材料力学以强度理论为依据来设计，这样，只能

求出某些局部应力值，为保证其可靠性，安全系数往往取得很大，一般使其静强度安全

系数不小于10～15，造成机架结构尺寸过大。即便如此实践证明机架工作时仍有断裂发

生，这说明该研究方法不能保证机架充分可靠地工作。究其原因，是因为没有增加针对

关键部位的安全系数，造成了既浪费材料，又不能保证机架的强度。实际测得的应力值

表明，造成机架意外破坏的原因主要是应力集中、疲劳破坏及蠕变等,且破坏多发生在

压下螺母和机架窗口转角处等部位。采用材料力学的方法不能得到应力集中部位的应

力。光弹性力学虽可求出机架的应力分布，但其成本高且精度较差。随着现代科学技术

的发展，特别是计算机的普遍应用，有限元法、优化设计、可靠性设计、计算机辅助设

计等现代设计方法，逐步应用到机架设计中。有限元法是以计算机为工具的一种现代数

值计算方法，能用于工程设计中复杂结构的静态和动力学分析，并能精确计算形状复杂

零件的应力分布和变形，成为复杂零件强度和刚度计算的有力分析工具。对大中型机架

采用弹性力学有限元法进行强度和刚度分析计算，可以准确地求出整个机架的应力场和

变形场，也可以反映出机架局部应力与应变，找出机架的最薄弱部位，提高了计算的准

确性，是比较理想和精确的计算方法。随着科学技术的不断发展，近年来凡是重要的和

结构复杂的大型构件大都采用有限单元法进行计算。

参考文献

[1] 黄世琦，曹震，祖正华.2450 钢板轧机机架的三维有限元及整机光弹性分析重型机

械，1987，(10):41 一49

[2] 余钦义.冷连轧机架的三维有限元分析重型机械，1985，(6):1 一91

[3] 李友荣，刘安中．1000mm 初轧机机架的三维有限元分析[j]．武汉钢铁学院学报，

1992，9(3)

[4] 姜世平，许崇勇，朱剑非．1500mm 冷轧机组机架有限元分析计算[j]．重型机械，

2015(1)

[5] 王俊领.42o0mm 轧机机架的三维有限元分析重型机械，1996，(5)35 一39

[6] 王幼华，钟国庆，傅先玉.小型轧机闭式机架的三维有限元分析南方冶金学院学报，

1996，17(l):30 一36

[7] liu c et a1．finite-dement modelling of deformation and spread in slab

rolling int．j．mech．sei．，1985；27：531-541

[8](美)sacd moaveni 著.有限元分析:ansys 理论与应用[m]电子工业出版社2003

[9] 黄华清.轧钢机械冶金工业出版社 1980 年12 月第一版

[10]冶金工业部有色金属加工设计研究院.板带车间机械设备设计(上)[m].冶金工业出

版社1983.

毕业设计（论文）开题报告

２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：

毕业设计是全面运用所学基础理论、专业知识和基本技能，对实际问题进行设计的

综合性训练。本毕业设计的题目是基于ansys 的轧机机架有限元分析，通过有限元分析

软件ansys 对机架进行有限元分析，找出轧机机架应力较为集中、变形和分布不均匀部

位的力学参数，并用现场实测值对其修正，得到轧机机架的力学性能理论结果，为现场

工艺的制定和设备的安全生产提供了理论依据。此外该模拟计算结果对验证现场轧机机

架应力、应变测试结果; 推断未测或难测部位的应力和应变状态;找出机架的薄弱环节等

方面具有重要的理论指导和实践意义。另外轧钢机机架是轧钢机的重要部件,其上安装有

轧辊、轧辊轴承座、轧辊调整装置等,不仅要承受很大地轧制力,而且咬钢和脱钢时要承

受严重地冲击振动。因此,机架不仅要有足够的刚度和强度,还要对其动力学特性进行分

析,掌握其振动特性,保证其稳定性,避免工作时引起共振。拟采用的研究手段是有限元分

析，即ansys 软件。因为有限元法是以计算机为工具的一种现代数值计算方法，能用于

工程设计中复杂结构的静态和动力学分析，并能精确计算形状复杂零件的应力分布和变

形，成为复杂零件强度和刚度计算的有力分析工具。对大中型机架采用弹性力学有限元

法进行强度和刚度分析计算，可以准确地求出整个机架的应力场和变形场，也可以反映

出机架局部应力与应变，找出机架的最薄弱部位，提高了计算的准确性，是比较理想和

精确的计算方法。通过本次毕业设计可以进行查阅文献，收集资料，调查研究，综合分

析，编写说明等多方面的训练，培养运用所学只是解决实际问题的能力和创新精神，增

强工程观念，以更好地适应工作的需要。

毕业设计（论文）开题报告

指导教师意见：

1．对“文献综述”的评语：

2．对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：

指导教师：

年月日

所在学院（系）审查意见：

负责人：

年月日

轧机毕业设计开题报告 [篇3]

毕业设计（论文）开题报告

等造成局部发热引起热冲击等，都易使轧辊失效。任何一种失效形式都会直接导致轧辊使用寿命缩短。因此有必要结合轧辊的失效形式，探究其产生的原因，找出延长轧辊使用寿命的有效途径[10]。

3 有限元分析的概念及特点

有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件），从而得到问题的解。这个解不是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行之有效的工程分析手段。

有限元是那些集合在一起能够表示实际连续域的离散单元。有限元的概念早在几个世纪前就已产生并得到了应用，例如用多边形（有限个直线单元）逼近圆来求得圆的周长，但作为一种方法而被提出，则是最近的事。有限元法最初被称为矩阵近似方法，应用于航空器的结构强度计算，并由于其方便性、实用性和有效性而引起从事力学研究的科学家的浓厚兴趣。经过短短数十年的努力，随着计算机技术的快速发展和普及，有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域，成为一种丰富多彩、应用广泛并且实用高效的数值分析方法。

有限元方法与其他求解边值问题近似方法的根本区别在于它的近似性仅限于相对小的子域中。20世纪60年代初首次提出结构力学计算有限元概念的克拉夫（Clough）教授形象地将其描绘为：“有限元法=Rayleigh Ritz法+分片函数”，即有限元法是

Rayleigh Ritz法的一种局部化情况。不同于求解（往往是困难的）满足整个定义域边界条件的允许函数的Rayleigh Ritz法，有限元法将函数定义在简单几何形状（如二维问题中的三角形或任意四边形）的单元域上（分片函数），且不考虑整个定义域的复杂边界条件，这是有限元法优于其他近似方法的原因之一[11]。

目前，根据金属材料本构方程的不同，可将有限元模拟方法分为以下两类[12]。 ①弹塑性有限元法

弹塑性有限元法考虑了包括弹性变形的金属变形全过程。以Prandlt-Mises本构方程为基础。在分析金属成型问题时，不仅能按变形路径得到塑性区的发展状况，工件中的应力、应变分布规律和几何形状的变化，而且还能有效地处理卸载问题，计算残

毕业设计（论文）开题报告

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