积分中值屈服准则解析厚板轧制椭圆速度场

为解决非线性Mises比塑性功率积分困难以及由此导致的轧制功率解析式难以获得的问题,本文通过建立并利用线性比塑性功率表达式对提出的椭圆速度场进行能量分析,得到了轧制力能参数的解析解.文中通过对变角度屈服函数求积分中值,构建了一个新的屈服准则,它是主应力分量的线性组合,在π平面上的轨迹是逼近Mises圆的等边非等角的十二边形,其基于Lode参数表达式的理论结果也与实验数据吻合较好.同时,根据厚板轧制时金属流动速度从入口到出口逐渐增大的特点,提出了水平速度分量满足椭圆方程的速度场,该速度场满足运动许可条件.通过相应的轧制能量分析,获得了基于线性屈服准则的内部变形功率以及基于应变矢量内积法上的摩擦功率与剪切功率.在此之上,通过泛函的极值变分导出了轧制力矩、轧制力以及应力状态系数的解析解,并与现场实测数据进行了对比,结果表明利用本文提出的屈服准则与速度场所建立的轧制力矩与轧制力模型与实测值吻合较好,其中轧制力误差小于5.3%,轧制力矩误差在6%左右.     

梅钢1420冷连轧机轧制力模型的开发及应用

梅钢1420轧制力模型在Hill方程基础上,分解提炼3个关键因子,建立了显函数的轧制力模型,并进行变形抗力参数和摩擦系数参数的自适应修正以提高轧制力模型精度．经生产实践数据检验,该模型自适应系数在0．9～1．1以内,满足模型在线控制要求．     

宽厚复合板热轧成形轧制力模型

为了有效提高宽厚复合板热轧成形质量,以不锈钢与低合金钢层状复合结构材料为研究对象,针对宽厚复合板结构复合及加工协同变形的技术要求,制定宽厚复合板热轧成形工艺路线,并对热轧宽厚不锈钢复合板成形轧制力模型进行研究.将热轧复合变形区分成Ⅰ、Ⅱ两个区段,并依据热轧过程中轧制区间内金属流动变形规律,确定各界面上摩擦切应力τ的方向,进而推导出热轧不锈钢复合板成形轧制力计算公式.研究结果表明:该轧制力模型可准确预测轧制力的大小,有效提高轧制力的计算精度.经轧制成形制造的不锈钢复合板满足设计技术要求,制定工艺路线合理,可用以指导生产实践.     

冷连轧过程控制中轧制力和前滑模型的综合自适应

为了提高冷连轧过程控制系统中轧制力模型的设定精度,提出了一种轧制力和前滑模型的综合自适应算法.通过建立综合自适应目标函数,以变形抗力和摩擦系数模型中的自适应系数作为寻优参数,并采用Rosenbrock算法求解目标函数,可以同时得到满足轧制力模型和前滑模型计算精度的自适应系数.该模型自适应算法可成功应用于某1 450 mm冷连轧机组.结果表明,采用该模型的综合自适应算法后,轧制力设定精度显著提高,且满足在线控制要求.     

PC轧机轧制力分布的研究

采用三维变形理论，在刚塑性假设的基础上，利用了粘着摩擦理论和板材入口与出口的板凸度曲线，推导出轧制力的数学分析解析表达式。     

杯形件反挤压变形力的滑移线场数值分析解

因工程设计中挤压力的计算依赖于经验公式,误差较大且不利于优化设计,基于经典塑性理论,运用数学方法探索更准确方便的挤压力的求解模型。以滑移线场为理论平台,以杯形件反挤压过程为研究对象,分析不同压缩比的系列滑移线特征并叠加得到代表滑移线场。在求解应力场及变形力的基础上,通过曲线拟合方法研究滑移线场参数与模具几何参数的解析关系,从而建立变形物理参数与几何参数的数值分析模型。该数值分析模型所得解析解比滑移线场数值解具有更明显的物理意义,在知道变形几何参数的前提下,可方便求解挤压力。最后通过实测挤压力、并结合经验公式进行验证。结果表明数值分析模型计算结果较准确,并可作为目标函数实现工艺优化设计。     

一种高锰奥氏体无磁钢变形抗力模型的建立与验证

利用圆柱体单轴压缩实验获得高锰奥氏体无磁钢在变形温度为900~1 100℃、应变速率为0.1~30.0 s-1条件下的真应力-真应变曲线。分析变形温度、应变速率和变形程度对变形抗力的影响,建立高锰奥氏体无磁钢的变形抗力模型,并与实验变形抗力进行对比分析,表明该模型具有良好的拟合精度。将变形抗力模型嵌入基于刚塑性有限元法的数值仿真模型,并对实际轧制过程进行模拟,结果表明,轧制力计算值与实测值的偏差控制在7%以内。     

三辊斜轧穿孔轧制压力的上限解

根据有无顶头,将斜轧穿孔变形区分成两部分,在适当简化的前提下,建立了运动许可速度场,导出了斜轧穿孔轧制力的上限解。     

双金属复合轧制的流函数理论模型

在台湾学者ＨｗａｎｇＹＭ的双金属非对称复合轧制流函数模型手基础上,进一步考虑了复合时轧辊压扁的影响,引入了系数Ｃａ,推导出了双金属非对称复合轧制的流函数模型,据此模型得到了塑性变形区的速度场,应变速度场,应力场,轧制力,轧制功率等的计算公式。     

数据驱动与机理耦合的冷轧电机功率智能预测方法

电机功率计算在保证生产安全、制定轧制规程以及发挥设备能力等方面起到了重要作用。为提高计算精度,本文提出一种机理模型与数据驱动方法相结合的电机功率预测模型。首先,机理模型部分采用上界法得到解析解,然后将部分功率解析解(塑性变形功率、张力功率和剪切功率)与相关变量输入长短时记忆(long short-term memory, LSTM)网络中训练,以提取变量数据之间的深度特征和时序相关性。结果表明：本文提出的时序耦合预测模型相对误差不超过±3.9%,且在相邻卷带钢轧制规程变化较大时,预测效果明显优于上界法和人工神经网络(artificial neural networks, ANN);从残差分布直方图中可以看到,上界法由于遗漏了摩擦系数和损失功率与其他参数间的强耦合关系,导致残差集中在±50 kW附近且不符合正态分布,而ANN和本模型均基本遵循正态分布,但本模型拟合精度更高;对比更广泛的模型评估指标,本模型具有更好的综合预测性能。此外,通过模型输出结果分析了电机功率与轧制长度、轧制速度之间的关系,表明本模型除具有高预测精度外,还与已知的参数间物理规律有较强一致性。     

干平整中工作辊与带钢表面粗糙度对摩擦系数影响的研究

针对干平整轧制过程中工作辊与带钢表面粗糙度对摩擦系数的影响仅能定性分析、不能满足生产需要的问题,经过大量的现场试验与理论研究,充分结合平整机组的设备与工艺特点,基于粗糙度的基本理论,根据干平整轧制过程中摩擦特点构造了反映工作辊及带钢表面粗糙度与摩擦系数之间一一对应关系的数学模型,提出了相应的模型计算策略,并将其应用到宝钢冷轧薄板厂1 220平整机组的生产实践,定量分析了工作辊及带钢表面粗糙度对摩擦系数的影响,有效地提高了轧制压力的预报精度与产品质量,取得了良好的使用效果,具有进一步推广应用价值。     

中厚板精轧机轧制力预报综合模型研究

为提高中厚板精轧机轧制力的预报精度,建立了Sims公式简化式与人工神经网络相结合的轧制力预报综合模型。以3 000 mm中厚板精轧机实测数据为基础,用Sims公式简化式计算轧制力主值,利用MAT-LAB人工神经网络工具箱,建立BP神经网络模型预报轧制力的偏差值,用提前结束的方法来训练网络。模型的综合采用加法和乘法两种方式。结果表明,与单独采用Sims公式简化式相比,综合模型的预报精度提高很多,而且加法网络算法的预报效果比乘法网络算法更好。     

同向夹持两点接触应力场特殊位置的极值应力

夹持是一种依靠摩擦力工作的约束形式。法向力自身平衡,摩擦力与外力平衡。点接触夹持是最常见的夹持形式,也是研究线接触与面接触夹持的基础。点接触可以用集中力模型来模拟,在极限状态下点接触产生的摩擦力与法向集中力通过材料的摩擦系数相关联。摩擦力与法向集中力符合库仑摩擦定律。弹性理论中已经给出了半无限体受二维集中力作用模型应力场的公式,借助这些公式可以对点接触的夹持进行应力分析。本文从一点接触应力场的分布规律开始,对在摩擦极限状态情况下同向夹持两点接触应力场的分布进行了分析。并给出了若干特殊线、点的极值应力的大小和主方向。     

潜油永磁直线电机单边磁拉力分析与计算

针对圆筒形永磁直线电机的偏心带来极大单边磁拉力、导致动定子之间的摩擦力高达数千牛顿的问题,建立了圆筒形永磁直线电机模型,分析了圆筒形永磁直线电机的结构特点与电机单边磁拉力产生的原因.采用磁路法分析电机偏心时的气隙磁场,利用麦克斯韦张量定理推导出空载下圆筒形永磁直线电机的结构参数和偏心参数与单边磁拉力的关系,并根据推导结果计算出电机单边磁拉力.结果表明,该解析方法具有一定的正确性和准确性.     

Stripe theory based numerical method for solving asymmetrical hysteresis of friction force in linear rolling guideways

Linear rolling guideways (LRGs) play an important role in precision engineering. In the pre-rolling region, the hysteretic friction force exerts great impacts on the positioning accuracy. Numerical and experimental studies of the hysteresis of friction force are presented in this paper. A model, which is based on the stripe theory and the simplified theory of rolling contact, is built to describe the transient hysteresis of the friction force. Then, the model is modified by taking the anelasticity effect into consideration. Experimentally, a linear motor direct-drive setup is utilized to measure the transient asymmetrical hysteresis of the friction force in the pre-rolling region of an LRG. The influences of the pre-rolling displacement and the dwelling time on the asymmetrical hysteresis of the friction force are studied. The numerical and experimental results are well correlated, which shows good accuracy of the model. The transient asymmetrical hysteresis of friction force in the pre-rolling region of LRGs can thus be determined using the model.     

Novel scheme of high precision inertial measurement for high-speed rotating carriers

In order to satisfy the requirement of high precision measurement in a high dynamic environment, a kind of gyro aided multi-accelerometer inertial measurement unit (GAMA-IMU) with six accelerometers and two gyros (6A2G) was proposed in this paper. The available configurations have the problem of low measurement precision in a high dynamic environment due to channel coupling. The three channels were decoupled when calculating the angular velocity in the proposed configuration. The yawing and pitching angular velocity were directly measured by gyros, while only the rolling angular velocity was obtained by the GAMA-IMU indirectly from the rolling angular acceleration and quadratic component of rolling angular velocity. Then a single channel rolling angular velocity calculation model was established and the extended Kalman filter (EKF) was used to do state estimation. Simulations were carried out and results indicated that the calculation precision of the proposed 6A2G configuration could meet the demand of high precision measurement for a high-speed rotating carrier.     

Continuous FEM simulation of multi-pass plate hot rolling suitable for plate shape analysis

In order to continuously simulate multi-pass plate rolling process, a 3-D elastic hollow-roll model was proposed and an auto mesh-refining module with data passing was developed and integrated with FE software, Marc. The hollow-roll model has equivalent stiffness of bending resistance and deformation to the real solid and much less meshes, so the computational time is greatly reduced. Based on these, the factors influencing plate profile, such as the roll-bending force, initial crown, thermal crown and heat transfer during rolling and inter-pass cooling can be taken into account in the simulation. The auto mesh-refining module with data passing can automatically refine and re-number elements and transfer the nodal and elemental results to the new meshes. Furthermore, the 3-D modeling routine is parametrically developed and can be run independently of Marc pre-processing program. A seven-pass industrial hot rolling process was continuously simulated to validate the accuracy of model. By comparison of the calculated results with the industrial measured data, the rolling force, temperature and plate profile are in good accordance with the measured ones.     

基于LuGre模型的气缸摩擦力特性研究

为满足高精度电-气比例/伺服控制系统设计时基于模型的摩擦力补偿需要,基于LuGre模型建立气缸的动态摩擦模型.搭建了一个新型的气缸摩擦力测试台,通过测量活塞匀速运动时摩擦力与活塞速度的关系辨识了模型中的静态参数;针对在时域估计模型动态参数存在诸多困难,提出将活塞的运动方程在平衡点附近线性化,通过测量活塞位移和驱动力之间的频率响应函数来间接估计动态参数值.测试了气缸在不同腔内压力下的摩擦力特性,结果表明：库伦摩擦力、最大静摩擦力和黏性摩擦系数与压力近似成线性关系,而Stribeck速度和模型动态参数基本不受气缸两腔压力变化影响.正弦变化力激励下的活塞位移计算曲线和实验结果对比表明,参数估计准确,该模型能很好的描述气缸的摩擦力特性.