大型H型钢矫后残余应力分析与检测研究

针对某钢铁厂的实际需求,通过大量的实践研究建立了大型H型钢HN1000×300矫直模拟过程中的几何模型、材料模型、网格划分方法、边界条件设置的问题,利用该有限元模型通过采用ANSYS Workbench 14.5多物理场软件分析平台成功的完成了大型H型钢HN1000×300矫直过程的数值模拟。同时对矫后残余应力进行了分析和检测,由于残余应力的存在会使钢结构中的构件提前进入塑性状态,对构件的承载力和极限刚度等相关力学性能产生很大的影响,致使其寿命和安全性也大大降低。因此,全面掌握残余应力的成因分布和检测方法,对实际生产生活具有重要的指导意义和参考价值。     

重轨水平矫直规程对矫后残余应力的影响

建立了具有原始曲率的60kg/m重轨九辊水平矫直有限元模型,应用显式动力学软件ANSYS/LS-DYNA对矫直过程进行了数值模拟,对不同矫直规程矫后重轨残余应力的大小和分布状态进行了研究,得到了各辊压下量对残余应力的影响规律,对提高重轨矫直质量和矫直规程的制定具有参考价值.     

中厚板矫直机的压下规程对矫直精度的影响模拟分析

针对实践需求及存在问题,在大变形矫直原理的基础上,对某公司改进设计后的九辊中厚板辊式矫直机,建立了矫直辊压下量的数学模型。并采用LS-DYNA软件对40 mm厚度的Q345中厚板模拟矫直过程,通过分析矫后板材残余应力及板形平直度的变化情况,研究矫直辊的压下规程对中厚板矫直精度的影响。结果表明:矫后中厚板纵向上的残余应力最大、厚度方向上的残余应力最小;合理地矫直辊的压下规程,不仅可以使矫后板材的残余应力最小,还能明显地改善板材的平直度。     

矫直对H型钢残余应力影响规律的研究分析

根据实测温度场的数据,模拟了H型钢H700×300的轧后冷却温度场,计算得到了冷却过程中产生的热应力分布.以冷却2400s时的热应力做为H型钢矫前的初始残余应力、引入到九辊矫直模型中,研究分析了矫直过程中型钢内残余应力的遗传演变规律.经过多辊矫直,翼缘高度方向呈抛物线状分布的初始纵向残余应力基本没有改变;腹板宽度方向大部分的初始残余应力仍然遗传到矫后,只有腹板根部的应力分布与矫前明显不同.就目前生产采用的矫直工艺参数而言,矫直过程对改善残余应力分布的效果并不明显,因此要提高产品性能,应从H型钢的轧制及冷却方面的控制入手.以保持较低水平的初始残余应力才是根本.     

基于均匀试验的重轨最优复合矫直规程

采用均匀试验对复合矫直规程进行了试验设计,通过ANSYS/LS-DYNA显式动力学软件对重轨复合矫直过程进行了仿真。以重轨矫后轨底残余应力和平直度为指标进行统计学分析,得到了重轨复合矫直的最优矫直规程,以及各矫直辊的调节作用和调节效果。     

棒材高精度二辊矫直质量控制策略研究

高精度矫直辊辊型设计及工艺参数控制是二辊矫直机的核心技术。为了满足高精度棒材矫直要求,在辊型设计过程中依据矫直辊磨损状态、弹塑性理论、塑性变形硬化系数求解模型及中性层偏移理论,提出“凹三凸二”分段辊型的矫直辊组合形式及辊型设计方法。在此基础上,根据棒材与矫直辊的局部线接触状态,建立棒材二辊矫直倾角及辊缝估算模型,进而探讨二辊矫直工艺参数（倾角、辊缝、矫直速度和导板间距）的变化规律和控制策略,并给出具体设计实例和有限元模拟分析。从矫直力、塑性变形深度、直线度及残余应力等角度,证明该辊型设计方法和工艺控制策略的有效性,且现场试验矫后的棒材直线度小于1 mm/m,完全满足棒材高精度矫直标准。     

V形辊辊式矫直过程分析及压下量设计

基于弹塑性变形理论,利用ANSYS LS-DYNA建立了V形辊的七辊矫直机的三维有限元模型,对V形辊辊式矫直过程进行分析.进行了下压量的参数设计,并分析了不同下压量下,菱形型材在矫直过程中的变形及矫直后的残余应力分布规律.结果 表明:菱形型材被矫直后残余应力主要分布在边界处,随着下压量的增大最大残余应力先减小后增大.通...     

H型钢矫直过程的有限元仿真

以H型钢矫直过程为研究对象,建立了矫直辊与型钢三辊弯曲矫直的仿真模型;采用ANSYS软件,对上下、左右挠度和翼缘斜度矫直过程进行了仿真分析,计算了H型钢的应力与残余应力状态,分析了矫直时翼缘与腹板之间产生裂纹的原因,提出了改善H型钢矫直质量的合理工艺方案.     

H型钢精确矫直技术的研究分析

介绍了H型钢的多辊矫直原理,指出由于构件断面结构特点、矫直加载方式及多辊矫直过程的复杂性,决定了应用传统矫直理论对此类薄壁异形构件的矫直力学行为进行精确描述具有局限性.结合国内外研究现状,提出从矫直变形机理的进一步研究、初始弯曲程度对工艺参数及矫直质量的影响、残余应力的形成及控制机理,以及利用有限元仿真技术手段等方面对H型钢矫直技术展开深入研究的方向,以寻求适用于H型钢这类薄壁构件的精确矫直理论.     

超细管矫直机反弯辊型设计及矫直精度分析

反弯辊型比双曲线辊型在矫直过程中更加容易形成等曲率反弯,符合实际矫直情况。利用凹凸反弯辊改造十辊矫直机第二、四对矫直辊,提高矫直质量。利用残余曲率理论解析值求出合理的反弯曲率值,并用MATLAB计算并绘制辊型曲线。应用Abaqus分别建立改造前后十辊矫直机模型,模拟矫直过程,对比采用不同辊型模型的矫直效果。反弯辊型矫直压下量更加合理,矫直后直线度、残余应力都好于普通的双曲线辊型,证明了反弯辊型在超细管材矫直过程中的重要性和必要性。     

棒材二辊矫直机单曲率辊型曲线及矫直精度研究

在充分考虑棒材二辊矫直机生产工艺特点的基础上,针对典型产品设计了单曲率辊型,给出了辊型数据和辊型曲线图。从矫直基本原理入手,根据弹塑性弯曲理论,建立了矫直精度的理论计算模型。应用迭代法计算了轧件一次弯曲矫直时的弯曲力矩和相应的反弯曲率,计算给定方案下形成的残余曲率求解结果以及每米长弦高求解结果。将理论计算值与现场实测数值进行了对比,发现两者比较吻合。利用大型有限元分析软件对单曲率辊型和双曲线辊型矫直过程进行了模拟,结果表明单曲率辊型要优于双曲线辊型。     

大型直缝焊管三辊连续复合矫形工艺的辊形设计及过程仿真

现有的矫直、矫圆工艺均是分工独立完成的.为了在一个工序中同时完成矫直和矫圆工艺和解决大型直缝焊管成形后椭圆度和直线度的超标问题,提出一种新型的大型直缝焊管三辊连续复合矫形工艺.并以矫后管材的椭圆度、直线度和残余应力最小为设计目标,对该工艺进行过程仿真.结果表明,采用"五段式"的辊形设计并且辊轴各段的设计比例为1∶2∶4∶2∶1有更好的矫圆和矫直效果.此外,管材的椭圆度、直线度以及残余应力均与弹区比有关.当弹区比较小时,管壁截面出现失稳现象.对于同种材料,弹区比越小,管材的变形程度和矫后的残余应力越大.当弹区比分别为0.6和0.8时,均能获得良好的成形效果.矫形段辊形曲线的设计为双曲线的形式,所得到的管材直线度可以达到0.12％,椭圆度可以达到0.06％,满足大型直缝焊管的工业要求.该工艺可实现大型直缝焊管直线度和椭圆度的协同调控,从而缩短生产工艺流程,提高矫形效率.     

H型钢冷却过程的热应力分布规律研究

为了研究大规格H型钢产品冷却过程中热应力的分布规律,采用有限元数值分析和现场测试相结合的方法,对空冷过程H型钢产品的温度场变化历程,等效应力变化历程及冷却至矫直温度时,热应力的分布规律进行了研究。结果表明:现有生产工艺条件下,H型钢冷却至矫直温度时,其内部存在着分布极为不均的热应力场,必须对其采取有效地控制冷却措施,改善其热应力场分布,才能达到提高产品质量的目的。     

压下量对工字钢矫直质量的有限元分析

通过建立工字钢有限元模型,在不同压下量的条件下对工字钢矫直过程进行动态仿真模拟,随着压下量的变化,分析矫直后工字钢残余应力的分布规律,给出在矫直工字钢过程中的应力、应变分布.该仿真结果对确定矫直变形规律具有一定的实际指导意义.     

电镍导电棒斜辊矫直机设计

根据矫直理论,确定了电镍导电棒斜辊矫直机的相关参数,着重研究了斜辊矫直机的辊系和辊型。应用DEFORM软件进行了有限元数值模拟分析,比较了矫直前、后导电棒的波浪度,确定了较优压下量为0.5mm。根据试验所得矫直效果(导电棒矫后波浪度均1%),验证了设计的可靠性。     

φ250十辊圆钢矫直机组的改造

马鞍山钢铁股份有限公司特钢公司于2014年新上一台十辊矫直机，设备投产以后，部分圆钢头部啃伤，矫后圆钢与后辊道发生剐蹭，影响产品的交货。马钢公司和中国重型机械研究院通过对矫直工艺深入研究，分析矫直机理，针对问题对设备进行一系列整改，问题得到彻底解决。矫直精度、矫后圆钢表面质量和一次成材率都得到了显著提升。     

压下量对钢筋矫直系统力学性能的影响分析

以十一辊平行辊矫直机为原型,运用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA建立了钢筋矫直系统有限元模型;在理论压下量和实测压下量下,分别对3种不同直径的钢筋进行了动力学仿真分析,得到了钢筋在矫直过程中与矫直后的应力大小及分布情况;分析并比较了在理论压下量和实测压下量下,端面中心节点处与应力最大点处的弹塑性应变变化规律,找到了相对合理的压下量方案。该研究结果对掌握钢筋矫直过程的力学特性变化和提高矫直质量具有一定的参考价值和实际意义。     

辊式矫直过程中的电动机功率曲线测量及分析

针对辊式矫直过程中电动机功率的测量与分析实验尚处于空白的现状,设计了一种辊式矫直过程中电动机功率的测量方法,并分析了造成电动机功率曲线波动的原因,即主要是由于矫直过程中板材屈服强度的改变。提出可以通过建立电动机功率曲线与矫直辊缝之间的动态调整模型,进而提高新型板材矫直的生产效率与矫后质量。     

塑性强化材料矫直反弯特性研究

为了深入研究塑性强化材料在平行辊式矫直过程中一次反弯与二次反弯特性的关系,根据工程弹塑性力学的基本原理,建立基于强化弹塑性材料辊式矫直弯曲力学模型。通过解析法描述两次反弯过程中的应力关系,给出辊式矫直过程中截面弯曲过程材料残余应力分布、弯矩比、加载应力变化过程。证明两次反弯过程中经历一次反弯后,二次反弯截面弯矩比与曲率比不再是原有简单M-C关系,而是与一次弯曲曲率比、二次弯曲曲率比与强化系数相关的函数。理论上证明原有弯曲理论不再完全适用于多次连续反弯矫直过程。解析结果表明,辊式矫直过程中经历二次反弯的材料截面弹性极限弯矩值下降,矫直弯曲减小,回弹比增大。同种材料考虑强化与不考虑强化矫直后残余应力均方差分别为71.2与65.6,回弹比均值分别为0.49和0.43。     

残余应力与边界条件耦合作用对H型钢柱构件承载能力的影响

H型钢构件在生产过程中将不可避免的产生残余应力,而残余应力的存在将极大地影响构件的承载能力。采用盲孔法测试了大H型钢构件的残余应力分布,根据对大型H型钢构件的残余应力测试结果在有限元模型中引入不同残余应力分布和边界条件,讨论了残余应力与边界条件耦合作用对构件承载能力的影响。结果表明对于不同的边界条件和残余应力分布,H型钢柱构件的承载能力表现出不同的敏感性,该结果对H型钢结构设计具有一定的指导作用。