冷轧301L不锈钢板残余应力的数值模拟

冷轧301L不锈钢板中纵向残余应力的分布是影响板形质量的重要因素之一,而数值模拟是研究其分布特征的主要手段,文章以Lagrange弹塑性变形理论为基础,通过ABAQUS软件建立301L不锈钢板冷轧过程的有限元模型并赋于材料属性,根据实际轧制工艺参数定义接触、施加载荷与边界条件,在压下率为19%,前后张力分别为115、70 MPa,在不同的摩擦系数和冷轧速度下对钢板单道次轧制过程进行数值模拟.模拟结果表明:当速度一定,摩擦系数为0.08时,冷轧后301L不锈钢板沿板宽方向纵向残余应力分布均匀,板形及其表面质量优良;当摩擦系数一定,速度为1 m/s时,冷轧后301L不锈钢板沿板宽方向纵向残余应力分布均匀,板形及其表面质量优良.     

轧制时轧辊和轧件表面微不平度对进入变形区润滑剂的影响(Ⅰ)

实验研究指出,轧辊和轧件表面微不平度会影响进入变形区润滑剂数量。力图反映轧制时曳入润滑剂的理论模型由于其轧辊和轧件的表面形状采用平面数学函数描述,所以一直未获得最佳结果。轧制时轧辊和被轧金属可能具有不同类型微不平度。横向粗糙度是由长而窄的凸凹不均匀微不平度形成,其方向垂直于轧制轴线;而纵向粗糙度是顺轧制方向的,也是窄长的凸凹     

带钢板形翘曲变形行为的仿真

针对带钢平整轧制过程中常见的板形翘曲缺陷(C翘、L翘和四角翘)的产生机理与变形规律,应用ANSYS有限元软件,分别建立了带钢的在线有张力翘曲变形模型和离线无张力翘曲变形模型,对两种状态下带钢翘曲变形的力学机理和各因素的影响机制与规律进行了仿真分析.研究认为,板形翘曲缺陷是平整轧制过程中带钢的塑性变形(主要是纵向延伸)沿厚度方向上的分布不均匀引起,而与纵向延伸沿宽度方向上的分布无关.在仿真计算结果的指导下,对某厂连退机组平整后带钢的严重板形C翘问题进行了研究,改进工艺后取得了显著效果.     

四辊冷轧机轧辊弯曲和压扁变形的有限元分析

借助Marc有限元软件,采用三维弹塑性有限元法对四辊冷轧机冷轧过程进行了模拟,同时对轧辊变形进行了分析·计算模型中将辊系变形与带钢变形统一考虑,并解决了轧件与辊系之间的耦合问题,避免了采用假定或迭代方法确定轧制力分布时产生的误差·采用逐步收敛的求解过程使计算结果精确、可靠·在不同的轧制条件下,得出了带钢宽度、弯辊力等参数对辊系弯曲、工作辊接触弧上的压扁变形、板宽方向的压扁变形和有载辊缝的影响,为板形分析与控制提供了一种新的计算方法和参考数据·     

钢热轧时的摩擦

一、引言钢在热轧时由于轧辊和轧件之间的摩擦而发生变形,如图1所示。热轧时在正常情况下(具有滑动摩擦时)入口侧带钢运动比轧辊慢;出口侧比轧辊快。接触区内存在一中性点 O,该点处带钢速度与轧辊速度相等。入口处与中性点之间作用的摩擦力其方向与轧辊间的带钢运动方向相同;而中性点与出口侧之间作用的摩擦力其方向与轧制方向相反。该摩擦力差为轧制提供所需之能,因此任何压下量都需要有一定的摩擦力;然而摩擦力过大会造成轧制力和力矩变高。     

变厚度轧制轧件水平速度变化规律

为了揭示变厚度轧制过程轧件水平速度与轧辊垂直移动速度之间的关系,从分析变厚度轧制微元体变形入手,利用体积不变条件,建立了变厚度轧制变形区轧件水平速度关系微分方程(VGR-V方程).在给定的边界条件下对VGR-V方程进行了求解,得到了计算变形区轧件水平速度的表达式,同时验证了变厚度轧制同一时刻变形区轧件各断面秒流量不相等.给出了变厚度轧制过程的轧件水平速度分布的典型算例,从中可见各工艺参数对轧件水平速度的影响规律.该研究结果为变厚度轧制变形参数和力能参数求解提供了基础.     

轧制过程的显式动力学有限元模拟

分析了显式动力学弹塑性有限元方法的计算过程,并用其对平板轧制问题进行了模拟计算·模拟时轧辊采用刚性材料模型,轧件采用双线性强化材料模型,轧件具有一定的初始速度并向辊缝运动,咬入后靠摩擦完成轧制过程·通过模拟计算,得出咬入、稳定轧制和抛钢阶段整个轧制过程的应力应变场·将板宽对称中心线轧制压力分布的计算结果与实验值进行对比,表明计算结果准确·另外通过对计算结果进行分析还可以得出,在稳定轧制阶段存在弹性预变形区、塑性变形区和弹性恢复区;轧制压力沿接触面的分布在入口和出口的变化梯度较大,中间区域的变化梯度较小·     

轧制问题的有限单元法解

本文在平面应变条件下,假设轧件为应变硬化的刚塑性体,轧辊为不变形的刚体,轧辊与轧件之间的接触摩擦条件为粘着,即轧辊与轧件之间无相对滑动。用刚塑性有限单元法计算了平板轧制过程的单位压力,金属流动速度和应变、应力分布等,并对接触弧长、刚塑性交界面、前滑系数和中性角等的确定提出新的看法。 有限单元法计算程序是以刚塑性广义变分原理为基础,采用八节点曲边四边形等参单元。根据在四辊轧机上轧制铝板的实测数据,对计算结果进行验证。     

关于平辊轧制压力的计算公式

本文按如下的出发点导出轧制压力的计算公式:(1)以平面压缩过程代替轧制过程;(2)接触面按不同摩擦规律分区;(3)采用非主轴坐标系的形状变形能塑性条件;(4)近似估计纵向应力σ_x沿板厚不均匀分布对轧制压力的影响。导出的计算公式可用于计算冷轧板带和热轧中、薄板的轧制压力。     

在线高精度中厚板凸度计算模型

基于普通中厚板四辊轧机,利用影响函数法分析了轧件宽度、轧制力、工作辊和支撑辊尺寸和弯辊力对有载轧辊凸度的影响,并根据大量计算数据进行回归,得出在线有载轧辊凸度计算模型·分析了轧件入口凸度对出口凸度的遗传效果,综合有载轧辊凸度模型和板凸度遗传系数模型得到在线板凸度计算模型·该模型合理地考虑了轧辊变形和轧件横向流动的影响,能够真实反映出口板凸度的大小,计算精度高,是在线板形和板凸度控制的有效工具·     

考虑粘着摩擦和滑动摩擦的轧制变形速度的计算

变形速度是轧制中的一个重要因素.导出粘着摩擦和滑动摩擦两种情况下,轧制变形速度的表达式.计算结果表明,粘着摩擦和滑动摩擦变形速度在轧件开始咬入附近处变形速度最大;在轧件与轧辊分离处,变形速度为零,在这点附近粘着摩擦和滑动摩擦变形速度值接近相等,摩擦系数几乎不影响滑动摩擦情况下的变形速度.     

考虑粘着摩擦和滑动摩擦的轧制变形速度的计算

变形速度是轧制中的一个重要因素。导出粘着摩擦和滑动摩擦两种情况下,轧制变形速度的表达式。计算结果表明,粘着摩擦和滑动摩擦变形速度在轧件开始咬入附近处变形速度最大;在轧件与轧辊分离处,变形速度为零,在这点附近粘着摩擦和滑动摩擦变形速度值接近相等,摩擦系数几乎不影响滑动摩擦情况下的变形速度。     

X射线衍射法测量冷轧带钢残余应力

残余应力的不均匀分布是影响板形的根本原因.为了深入了解冷轧带钢残余应力的分布情况,文章采用X射线衍射法对在不同轧制条件下冷轧后带钢的残余应力进行了测量分析,研究了残余应力沿板厚方向的变化、张力对残余应力分布的影响以及残余应力与板形的关系.研究的结论对制定与完善板带轧制规程、提高板形质量具有重要意义.     

热带钢连轧机精轧轧辊磨损计算理论

对四辊热连轧机精轧轧辊磨损进行了研究 ,除考虑了轧件的轧制长度外 ,还考虑了轧制压力和辊间压力的横向不均匀分布 ,轧件在辊缝中的纵向和横向滑动 ,轧件偏离轧制中心线的影响以及 CVC辊型对磨损的影响 ,以实测数据为基础 ,建立了支承辊和工作辊磨损分布的理论计算模型 ,计算结果与实测结果吻合很好 ,对各种轧机轧辊磨损的研究有一定的参考价值。     

基于ANSYS/LS-DYNA辊式楔横轧轧制过程有限元分析

建立了辊式楔横轧轧辊及轧件的有限元模型,对轧制过程进行了动态模拟,获得了轧件在不考虑热力耦合时的应力分布、考虑热力耦合时的温度场分布及应力分布,并且将两种状态进行了比较。结果表明,轧件的最大应力或温度区域位于与轧辊接触部位,径向沿金属流动方向向两侧区域和轴心扩展,轴向沿轴线中心向两测扩展;轧制过程中,机械做功使轧件的温度持续升高,轧辊转速19rpm、轧件初始温度为450℃时,轧制结束时温度升高49.742℃,前期由于轧件温度升高有助于塑性变形,考虑热力耦合时轧件的最大等效应力小于未考虑时的,而后期由于轧件变形减小,导致规律正好相反。结论为研究楔横轧轧件成形规律和控制利用轧件在轧制过程中机械做功造成的温升提供依据。     

耦合分析轧件塑性变形与轧辊弹性变形的方法和应用

发展了一种耦合分析轧件塑性变形与轧辊弹性变形(压扁)的方法。方法考虑了轧件塑性变形与轧辊弹性变形的相互影响,通过在轧件与轧辊的接触面上建立力的平衡方程实现耦合;在耦合的基础上用刚塑性有限元法分析轧件的塑性变形,用边界元法分析轧辊的弹性变形。耦合分析所得单位压力,前滑,中性角等比刚体轧辊的要低。用耦合分析方法分析轧制过程能提高分析的精度。     

冷连轧第5机架轧制力模型

在冷连轧轧制过程中,综合考虑轧件、轧辊的弹性变形和轧件的塑性变形,将轧件的受力变形区分为:入口弹性变形区、塑性变形区和出口弹性变形区·采用数值积分法,迭代计算入口弹性变形区和塑性变形区的轧制力,用出口区单位压力分布曲线围成的面积和轧件宽度的乘积近似计算出口弹性变形区的轧制力,两者求和即得到第5机架轧制力计算模型·用现场记录的不同钢种和规格的多组数据进行仿真计算,结果表明,该模型满足冷连轧生产轧制力预计算所需的精度要求·     

热轧金属横向流动规律及其对板形的影响

采用有限元软件ABAQUS建立热轧金属弹塑性变形模型研究金属横向流动,为了降低模型计算成本,在模型中引入平稳轧制过程中轧件几何模型端面纵向位移沿横向均布的假设.利用此模型仿真研究轧制过程中多个因素对于金属横向流动的影响规律以及相应金属横向流动对轧件板形造成的影响.研究结果表明,接触界面摩擦状态的改变对金属横向流动的影响可以忽略;宽带钢热连轧生产中,在比例凸度不变的情况下,宽度的变化和平均前、后张应力介于实际生产范围内的波动不会引起金属横向流动的变化以及进一步的轧件板形变化;金属横向流动随压下率变化,且使得压下率增加时轧件对称板形向中浪趋势发展;金属横向流动随对称及非对称板廓相似度变化,且金属横向流动的变化显著削弱板廓相似度的改变对轧件板形的影响.为了满足生产现场的在线控制,根据多组有限元模型计算结果建立快速金属横向流动非线性回归模型,为轧件板形的准确调控奠定基础.     

前滑模型形式的探讨

前言任何瞬时保持各架轧机间金属秒流量相等是连轧过程正常进行和保持稳定的基本条件。由于在轧制过程中存在着前滑(S％)现象,即轧件出口速度U,一般情况下稍大于轧辊线速度U_R,且有如下关系:Us=U_R(1 S) (1)则在轧件单位宽度的流量U给定时,轧辊设定速度需按式     

AZ31镁合金热轧开坯变形行为的有限元模拟

采用二维弹塑性大变形热力耦合有限元法(FEM),对半连续铸造AZ31镁合金热轧开坯过程第一道次进行模拟,分析变形区内轧件的应力场、应变场的分布及整个热轧过程中的温度场的变化规律.实验结果表明:在轧件变形区内,等效应力沿轧制方向逐渐增大,在中性面附近达到最大值54.1 MPa,随后又逐渐减小;靠近轧件表层σ_x为压应力,靠近心部为拉应力,在变形区σ_y主要为压应力,由表面到中心σ_y逐渐减小;等效应变沿轧制方向逐渐增大,在轧件出口处达到最大值0.253;在整个轧制过程中,轧件内部节点的温度变化缓慢,而表面节点的温度变化剧烈,轧制完成后,表面温度从500℃降低到467℃,中部温度从500℃升高到503.1℃,心部温度从500℃升高到502.2℃.