冷轧带钢卷取过程内应力的逐层增量求解

 带钢卷取过程由于张力的作用会在钢卷内部产生内应力,内应力的大小和分布直接影响轧后钢卷塌卷和内凸等缺陷的产生。考虑钢卷径向和周向弹性模量的差异,以及径向弹性模量的非线性,根据平面轴对称弹性理论,推导带钢卷取过程中内应力的逐层增量求解方程,引入相应的边界条件得到了卷取任意层数时钢卷内每一层带钢径向应力增量和位移增量方程组。基于逐层增量求解方法研究了带钢厚度、卷取张力、卸卷对卷筒压力和钢卷内应力分布的影响,并与试验结果进行了比较,验证了提出方法的正确性。     

卷取“硬核”张力控制的运行和实现

文章针对较薄带材钢卷容易产生“心形”塌陷,通过钢卷层间应力的变化分析钢卷塌芯的成因,介绍了通过模型的精确计算,使用自动控制系统对于不同材质、不同品类、不同宽度厚度、不同卷径、不同表面处理方式等更为精细的区分和逻辑控制,随卷径变化逐级完成卷取张力锥形梯度的实现,综合论述了防塌芯硬核张力控制方案的实现和运用。     

薄铺层复合材料薄壁管轴压屈曲行为研究

在薄壁结构的应用中,屈曲稳定性是影响其承载性能的关键因素,为研究减薄铺层厚度对复合材料薄壁结构局部屈曲行为的影响,本文采用不同厚度(0.125、0.055和0.020 mm)的预浸料制备复合材料薄壁管,实验测试了其在轴压下的局部屈曲行为.实验结果表明,随着铺层厚度减薄,实验采用的正交和均衡两种铺层方式的复合材料薄壁管局部屈曲载荷均随之提高,而屈曲失效模式没有发生改变.力学分析表明,铺层厚度减薄后,管壁弯曲刚度的改变和层间剪切应力分布对薄壁管局部屈曲载荷提高有重要影响.采用薄铺层制备复合材料薄壁结构件能够有效提高其局部屈曲能力.     

极薄镀锌基板的塌芯缺陷及对策

针对极薄镀锌基板开发中出现的塌芯缺陷,通过分析下线钢卷层间的受力和形变,得出带钢层间环向均匀分布的径向压力大于局部薄弱部位的屈服强度是此缺陷产生的根本原因。通过降低设定卷取张力、增加带钢层间摩擦系数、降低轧制温度、精心操作、优化启车张力制度等综合措施,减小了层间径向压力,增大了钢卷失稳临界压力,使塌芯缺陷得到有效控制。     

冷轧带钢局部高点卷取过程起筋控制的建模与仿真

为了研究带钢局部高点卷取起筋的控制方法,利用三维弹塑性变形基本理论,并引入带钢塑性流动因子,建立了弹塑性卷取应力和起筋量模型.基于应力函数假设、S.Timoshenko最小功原理和伽辽金虚位移法建立了起筋带钢的应力场分布和可用于在线计算的起筋临界卷取张力设定模型.仿真结果表明:局部高点在径向累积叠加所引起的带钢张力不均匀分布和轴向压应力是导致带钢起筋的主要原因;起筋量随局部高点高度、卷径和卷取张力增加而增大,薄带钢比厚带钢起筋量增幅明显;临界卷取张力随卷径、带钢厚度和局部高点高度增大而减小.     

钢带炉碳热还原制备超细铁粉的化学、传热耦合模型

建立了钢带炉碳热反应制备超细铁粉的温度场及化学反应的耦合数学模型。模拟结果与相关试验吻合。物料温度分布接近中心对称分布,上、下温度高,中心温度低。还原分数与温度分布规律总体相似。超细铁粉对料层厚度很敏感,料层越薄,还原率越高,25 mm料层厚度,最终平均还原率可达90%,但35 mm的料层厚度最终还原率只有60%水平。延长反应时间能够改善还原效果,但是其影响程度低于料层厚度。     

芯辊直径对异形环件热轧变形影响的有限元研究

采用Simufact软件建立了大型异形截面环件辗扩过程的三维有限元模型,模拟计算并揭示了芯辊直径对环件热辗扩过程中的等效应变、轧制力、环件尺寸的影响规律。结果表明:随着芯辊直径的增大,在径向孔型中,会导致金属在环件内表面流动阻力增大,从而使环件内表面等效应变减小,而在轴向方向,上下表面等效应变并没有明显变化;芯辊与环件内表面接触面积变大,使更多金属发生塑性变形,使径向轧制力逐渐增大,而轴向轧制力的变化趋势并无明显变化;在环件尺寸方面,芯辊直径的变化对环件尺寸的影响并不明显。     

考虑附加接触变形的冷轧板带卷取过程模拟

在卷取过程中，由于卷取张力的作用与板带的弯曲变形会使带卷内部产生压应力，随着卷取层数的增多，压应力会增大。在实际生产中，由于板带存在表面粗糙轮廓，在压应力的作用下，除了板带本身会发生弹性变形外，各层表面粗糙轮廓相互接触时，在径向方向上也会产生附加接触变形，这在很大程度上影响了带卷内部的应力分布。在传统的解析方法中，卷取过程被视为薄壁筒逐层嵌套的轴对称模型。该模型往往通过改变径向弹性模量来体现层间接触带来的附加变形，然而当板带的材料、厚度以及表面粗糙度不同时，采用该方法计算径向弹性模量可能会出现偏差，且逐层嵌套模型与实际的缠绕型卷取存在差异。对于该差异，采用有限元方法对卷取过程的模拟更符合实际情况，但是针对具有附加接触变形的有限元研究未见报道。因此，为了克服上述方法中存在的不足，利用有限元软件MSC. Marc通过垫片单元建立了考虑接触附加变形的板带卷取模型，通过叠片压缩试验得到了板带附加变形量与压力的变化规律曲线，并将该曲线引入垫片单元来考虑接触附加变形，进而研究附加接触变形对带卷内部应力与卷筒所受压力的影响。     

能量输入对TC4钛合金纳秒脉冲激光清洗质量的影响

采用不同功率和脉宽的纳秒脉冲激光,对TC4钛合金表面氧化层(厚度约25μm)进行了激光清洗试验研究,分析了激光能量输入对清洗后表面形貌、粗糙度以及氧化层去除厚度的影响。结果表明:在激光功率300 W、脉宽60 ns条件下能获得较好的清洗效果,且基材未受到明显损伤。相同脉宽下氧化层去除厚度随激光功率的增大而增加,相同激光功率下去除厚度随脉宽的增大先增大后减小。相同脉宽下表面粗糙度随激光功率的增大先减小后增大,在脉宽60 ns、功率300 W条件下粗糙度最小。清洗后的TC4钛合金表面存在纳米级微裂纹,增加脉宽可以有效抑制微裂纹产生。     

钢带喂入钢液中熔化过程及对铸坯组织的影响

结晶器喂带技术通过控制熔体温度场的分布、抑制柱状晶生长来改善连铸坯的成分偏析、芯部疏松等缺陷。通过试验设计系统研究了不同厚度钢带在钢液中的熔化过程以及钢带喂入比对铸坯组织的影响。结果表明：钢带在恒温钢液中的熔化过程分为两个阶段,开始时钢带残余厚度随喂入时间快速增加,增加比达到100%;钢带厚度达到最大值后开始缓慢减小,...     

带钢卷取过程起筋控制的建模与仿真

 为了研究带钢局部高点卷取过程起筋的控制方法,基于应力函数假设和S Timoshenko最小功原理获得了起筋带钢的应力场分布,并采用伽辽金虚位移原理建立了可用于在线计算的起筋临界卷取张力设定模型和起筋弹性极限模型。并对应力场分布和临界卷取张力各影响因素进行仿真研究,仿真结果表明：局部高点在径向累积叠加所引起的带钢张力不均匀分布和轴向压应力是导致带钢起筋的主要原因;临界卷取张力随带钢厚度、局部高点高度和卷取半径增大而减小,带钢宽度对钢卷的起筋临界卷取张力影响非常小。通过与实际生产控制方法和ANSYS有限元分析结果对比,验证了本模型的计算精度和可行性。     

20辊冷轧硅钢凸度道次遗传系数的试验研究

介绍了20辊硅钢轧机的性能,重新定义了硅钢板的几何形状,提出了楔形等效凸度、道次遗传系数和累计系数等概念。通过试验分析,找出了成品的横向厚差与原料板凸度的关系;建立了前后道次钢带的厚度差、工作辊的凸度分布、ASU等效分布等相关工艺参数向量组。在钢带的塑性变形和辊系的弹性变形之间建立比例关系,由此可以通过工作辊凸度、ASU分布、轧制力分布,定量的改变成品钢板的横向厚度差。     

Stress–Strain State of Coiled Steel

In a new mathematical model of the stress–strain state of steel strip in the course of cooling, the nonplanarity, surface roughness, and transverse thickness variation (convexity of the cross section) are taken into account. The stress–strain state of a coil of thin steel sheet has a significant influence on factors such as the temperature distribution in the coil; the scale formation on cooling in the course of hot rolling; the adhesion of adjacent turns in the annealing of cold-rolled strip; and the shape of the coil itself. The mathematical model is based on representation of the coil as individual nested hollow cylinders of finite length. The cylinders are divided into sections over the width. The sum of solutions of the Lame equation for individual sections is shown to converge to the solution for the cylinder as a whole. The model permits calculation of the coil’s stress–strain state, taking account of gap formation between adjacent turns as a result of the transverse variation in strip thickness. The modeling results show how the radial and tangential stress formed in strip winding is distributed within the coil. The model permits calculation of the stress–strain state of the coil in the winding of even strip; in the winding of convex even strip with no tension; in the loose winding of convex even strip with tension less than that in tight winding; in tight winding of even convex strip with the correct tension; and in the winding of convex uneven strip without tension. The decrease in distance between contacting rough surfaces is calculated on the basis of a probabilistic approach. An algorithm is presented for calculation of the coil’s stress–strain state. The result obtained for the stress distribution in the coil is typical for the winding of steel strip. The model is verified for the winding of hot-rolled strip, in terms of the size of the region with tight contact of adjacent turns. The tightness of contact is assessed on the basis of the temper color on the edges of the hot-rolled strip. The discrepancy between the calculated and measured size of the region with tight contact is 3%.     

Modeling of Stress Distribution During Strip Coiling Process

 Many strip materials are coiled after rolling process. The stresses are imposed on the material wound on the automatically controlled collapse mandrel under the coiling tension. The coiling process can be described by three typical cases: winding without automatic adjustment, winding with automatic adjustment and after mandrel removal. A new model of equations for predicting the stresses during the strip coiling process is built by consideration of the three cases respectively. By solving the equations of different typical cases, the radial stresses and tangential stress of the layers of coil can be calculated. Also, the coiling parameters, such as strip thickness, coiling tension and necking critical pressure, affecting the coil performance are investigated. It is believed that the present model can be used for design and control of the automatically controlled collapse mandrel.     

超低粗糙度高强滑轨钢生产研究与实践

冷连轧超低粗糙度高强滑轨钢生产难度较大,其中又以粗糙度、板形、表面质量等问题的控制尤为突出.通过冷连轧后段机架工作辊粗糙度的调整,配合原料厚度、轧制速度的优化可有助于获得高强滑轨钢低且窄幅波动的粗糙度.通过将前段冷连轧打滑机架工作辊变为毛化辊、将平整的控制方式改为恒轧制力等手段可有效杜绝打滑现象,改善板形.通过酸洗后、...     

连续退火机组带钢瓢曲临界张力的研究

 根据金属塑性理论建立了带钢稳定通板的理论模型,并对模型进行求解,求解分为张力加载与辊子转动两步进行。系统地研究了瓢曲的形成与发展,以及辊形与带钢尺寸对带钢瓢曲临界张力的影响等。结果表明：引起带钢瓢曲的横向压缩应力由不均匀拉伸诱发的横向压缩应力和由摩擦产生的附加横向压缩应力两部分构成,瓢曲在带钢传输过程中逐步形成;对比发现有限元模拟的瓢曲发生与长大过程与大生产的情况基本一致,瓢曲的宽度约为2～4mm。并且带钢瓢曲的临界张力随着辊子凸度的增大、辊子平台区长度的减小、辊面粗糙度的减小、带钢厚度的减小而逐渐减小。     

连退线上带钢张应力横向分布的有限元仿真

为了获得带钢瓢曲发生的临界张力条件模型,建立抑制其产生的有效工艺措施,运用有限元中几何非线性屈曲计算方法,结合冲压领域的弹塑性屈曲理论,定量研究了退火炉内的七项关键因素——导向辊辊形、来料板形、带钢宽度、横向温差、焊缝位置、辊面摩擦系数和总张力——对带钢张应力横向分布的影响规律和作用机制.仿真发现导向辊辊形、带钢厚度等对张应力横向分布影响最为显著,揭示了瓢曲行为与横向张应力分布的内在关系,为制定抑制“热瓢曲”提供了有效的技术思路,并取得了良好的现场控制效果.     

极薄带轧制变形区轧辊压扁试验与有限元模拟

 极薄带在轧制及平整过程中,工作辊的弹性压扁对轧制压力的分布有很大影响,传统的轧制力模型已经不再适用。为了在极薄带板形板厚控制过程中得到准确的轧制力,Fleck提出了新的轧辊压扁模型。针对Fleck模型进行试验研究,同时进行有限元模拟分析。试验过程中使用合金工具钢轧辊,轧制不同厚度的轧件,通过显微镜测量变形区各部位的厚度,得到变形区轧辊的近似轮廓形状。试验与有限元模拟结果表明,随着轧件厚度的减小,变形区出现了明显的中性区,但是很难出现Fleck模型中提到的弹性卸载区,因此计算极薄带轧制力时可以忽略中性区内的弹性卸载区以简化轧制力模型。     

轧辊分布质量动态效应对板材质量影响的探讨

为研究轧机辊系分布质量动态效应对板材质量的影响,将辊系看成弹性连续体,根据Bernoulli—Euler Beam理论建立辊系横向振动的动力学模型。运用Ritz级数法推导出振动控制方程的质量矩阵和刚度矩阵,并用模态分析法对振动方程的系数矩阵进行解耦,以获得辊系主振型、固有频率及动力响应曲线。通过分析动力学模型得到的辊系横向振动三维图可知,辊身中部的振动比边部明显强烈,并且挠度随着时间的推移在不断变化,挠度变化导致辊缝也在变化,这说明辊系变形不光与静力学有关,它还与动力学因素有关,其中轧辊分布质量动态效应就是一个不可忽略的因素。因此深入对辊系分布质量动态效应研究,更能反映出辊系的微观变化,并将为板形和板厚的实时控制提供重要的参考数据。