万能凸度轧机非对称板形调控特性与广义整体板形控制策略研究

随着板形质量精度要求的不断提高以及板形控制技术的显著进步,非对称板形缺陷逐渐凸显为带钢轧制质量控制的重要技术难点。根据目前新建万能凸度轧机(Universal crown mill,UCM)逐渐具备新型非对称板形控制手段——反对称弯辊的有利条件,通过ANSYS有限元仿真计算软件,建立高精度辊系—轧件一体化耦合模型,分析UCM各对称与非对称板形控制手段沿带钢全宽调控特性的差别,并以板形调控功效矢量的形式进行定量表示。在仿真基础上,提出基于板形调控功效矢量的广义整体板形控制策略,并设计完整的板形设定计算模型与闭环控制模型。通过仿真试验表明,该控制策略能够很好地通过各对称与非对称板形控制手段的有效配合实现对复杂模态板形的有效控制,具有广阔的研究与应用前景。     

连续退火炉内带钢的热态大挠度变形分析

带钢在连续退火前,无论是呈板形良好的平直状态,还是具有某种瓢曲浪形,但是经过连续退火后其往往不能保持原来的几何状态,会发生明显的大挠度变形。通过深入现场对这一现象长期跟踪,建立了退火炉内带钢热力学行为的力学模型,并运用ANSYS有限元软件仿真研究了其变形机理和各影响因素的影响大小和规律。研究结论对于宝钢2030连续退火线改进工艺、减少热瓢曲有指导作用。     

SI–FLAT板形仪工作特性仿真分析

为掌握SI-FLAT板形仪的工作特性,以某2180mm冷连轧机配备的SI-FLAT非接触式板形仪为研究对象,分析了其基本测量原理。建立有限元仿真模型分析激振力沿带钢宽度方向的分布形式,发现当带钢宽度变化时,激振力在带钢宽度中间分布较为均匀,而在距边部250mm~300mm左右处开始出现较为明显的衰减。进一步建立带钢受迫振动过程仿真分析,分析表明带钢宽度方向中部振幅相对平缓,而在距边部250mm~300mm左右处开始出现较为明显的衰减,因此需在板形控制目标曲线中添加边部补偿量。     

宽幅薄规格热轧带钢纵向屈曲变形行为解析研究

对于宽幅热轧带钢板形控制成套技术,完善的带钢屈曲生成机理是高精度板形控制模型建立的必要前提,也是板形质量改进研究的重要基础。针对目前超薄规格宽幅热轧带钢生产时的浪形问题,研究热轧中常见的纵向屈曲变形行为,建立统一形式的高次三角函数描述复杂多变的带钢纵向屈曲应力场和浪形挠曲模态,同时创新性引入局部系数n描述全宽和局部纵向屈曲浪形。根据弹性薄板小挠度理论的能量原理建立纵向屈曲力学模型,获得热轧带钢纵向屈曲的临界屈曲应力表达式,同时运用ABAQUS有限元软件,对纵向屈曲变形行为进行仿真计算,验证解析模型的正确性。最后结合热轧带钢高温特性,考虑分析不均匀分布的温度场、张应力、局部系数等多因素耦合作用对临界屈曲的影响。该解析模型进一步揭示了热轧带钢高次板形生成机理,并能够快速获得不同纵向屈曲浪形的临界屈曲应力,为宽幅薄规格热轧带钢的板形控制提供理论和数据基础,可应用于热轧带钢在线板形控制系统中。     

包覆对称组坯热轧制备高铬铸铁/低碳钢耐磨复合板

通过对碳钢板和高铬铸铁板进行六层对称包覆组坯,在1 200 ℃下分别采用30%和60%压下率多道次热轧制备了耐磨复合板。使用扫描电镜对试样的微观组织和界面结合情况进行了观察。试验结果表明：热轧后板形表现平直无翘曲现象;热轧过程中较软碳钢层的协调变形和应力释放作用使得高铬铸铁热变形裂纹敏感度降低,脆性高铬铸铁层实现了一定程度的热变形;两种材质界面结合质量良好,无可辨别的沿界面的夹层和空隙等缺陷;通过EDS能谱检测发现在高铬铸铁侧有无碳化物的过渡区,界面两侧的硬度值连续变化,证明两种材料实现了冶金结合。     

板坯结晶器传热与变形的非均匀性

结晶器的传热和变形是导致连铸坯表面缺陷及裂纹的重要因素。基于宽厚板连铸结晶器在线监控系统实测数据,建立针对实测温度的结晶器传热反问题模型,反算迭代结晶器铜板的热流与温度分布,以此为基础,将反算热流和温度施加于热-弹塑性力学模型,模拟和分析实际浇注过程中铜板传热与变形的分布特征。结果表明,结晶器温度分布呈现出明显的非均匀性,传热沿浇注方向体现出继承倾向。铜板的最大变形在宽面中心附近,变形沿中心向两侧角部逐渐减小。浇注过程中,铜板宽度方向上的变形与温度分布趋势接近,并随着电偶实测温度的波动而变化。将实测与模拟相结合的数值分析方法,能够如实反映结晶器过程的非均匀特征,为预测裂纹、优化工艺等提供借鉴和参考。     

基于模态分析的倒装焊焊点开裂缺陷检测方法研究

随着倒装焊焊点向高密度和超细间距方向发展,在倒装焊焊接界面更易出现变形、翘曲或划伤,进而引起焊点疲劳和应力集中,导致焊点缺陷的产生,阻碍了倒装焊技术的发展。提出了一种基于模态分析的焊点缺陷检测方法,通过仿真分析和实验研究对倒装焊焊点开裂缺陷进行了研究,仿真和实验结果均表明焊点开裂会引起样片模态振型的变化和共振频率的下降,证明了倒装焊焊点开裂缺陷可以通过样片的模态特征如模态振型、共振频率等来进行识别,为焊点的缺陷检测提供了一种新思路和新方法。     

高温带钢的局部宽度内压屈曲及后屈曲分析

根据工业生产中最主要8种带钢浪形(即板形缺陷)的浪形函数和其对应的带钢纵向不均匀伸长率的横向分布,抽象出产生此浪形的局部内压屈曲过程的位移函数和端边界外力条件,然后分别运用弹性薄板小位移理论和大位移理论建立了屈曲和后屈曲变形模型,并使用能量法进行了求解。在过去对常温态带钢此类问题研究的基础上,对高温态带钢的此类屈曲变形进行理论分析和数值计算,获得了各种工况下的屈曲条件和瓢曲生成路径。     

冷连轧设定控制系统综合优化研究

基于现阶段冷轧板形精度要求的提高、板形控制技术的发展与智能控制技术的进步,在传统冷连轧负荷分配研究基础上,提出板形板厚张力设定控制系统综合优化计算方法。对板厚、张力进行兼顾板形偏差最小、弯辊裕量最优及负荷平衡的多目标优化设计,对工作辊弯辊、中间辊弯辊以沿带钢全宽板形偏差最小为目标进行优化设计。优化计算采用具有良好全局和局部寻优能力的三种群粒子群差分进化算法(Three-populations particle swarm optimization and differential evolution algorithm,Thr_PSODE)。现场应用结果表明,通过设定控制系统综合优化对轧制规程、张力制度以及各板形调控手段的优化配置,在兼顾多个优化目标的同时充分挖掘轧机的板形调控能力,实现了对复杂模态的高次板形缺陷的有效控制,具有重要的研究价值与应用前景。     

热轧带钢温度场在线计算方法研究

热连轧生产过程中,精确的带钢温度场计算模型是保证带钢板形质量、尺寸精度及组织性能的重要前提,其计算速度与精度是当前制约温度场在线计算的重要因素。在分析现有模型的基础上,考虑轧制时带钢对周围环境的热辐射、带钢与周围流体介质的对流换热、带钢与工作辊之间的热传递、带钢变形生热以及带钢与工作辊之间的摩擦生热,基于合理的物性参数和假设条件,采用二维交替差分法建立精轧区带钢温度场计算的通用算法。结合热连轧生产线的实际生产条件,运用C++建立精轧机组带钢温度场在线计算模型,得到各机架出口带钢横断面的温度分布。通过对比模型计算的宽度方向温度分布值与实际测量值,结果表明整体分布趋势一致,温差控制在15℃以内,相对偏差均值为0.56%,计算时间仅用46 ms,验证了热轧带钢温度场计算方法在线应用的可行性。     

轮齿热弹耦合变形在齿宽方向的分布及其修形研究

应用间接耦合法对三维轮齿进行热-结构耦合分析,获取轮齿在齿宽方向上的热弹耦合变形量分布,将齿宽方向变形量数据点拟合成关于齿宽位置的函数,在Walker齿廓修形基础上,提出一种新的轮齿修形方式,结果表明:在轮齿齿宽方向上,热变形分布不均匀,使得热弹耦合变形呈中间小两侧大的分布趋势,新的修形方式可适应轮齿不同齿宽处的变形量,弥补了Walker齿廓修形因齿宽方向修形量恒定所引起的齿宽局部修形过大或不足的缺陷,使轮齿修形更为精确。     

管坯大变形自由推压缩径残余应力的研究

管坯大变形自由推压缩径时端部存在翘曲,即端部外径大于定径区外径。针对端部翘曲区进行变形分析,并基于平衡条件推导了周向残余应力与翘曲变形和剪应力的关系表达式,揭示了由内表面层到外表面层整体存在周向残余拉应力的事实。在三向液压机上进行219 mm×7.5 mm无缝钢管的双侧大变形缩径,在缩径管件上截取包含端部翘曲区和定径区的试样,在其内外表面不同区域选取测量点,并采用X射线衍射法测量残余应力,端部翘曲区测量结果与理论分析结果趋势一致。针对缩径管件变形过程,采用ABAQUS软件进行有限元模拟,缩径变形及缩径力的模拟结果与缩径试验结果吻合,内外表面层残余应力的模拟结果与X射线衍射法测量结果趋势一致。给出了自定径区至端部沿壁厚方向及沿轴向方向的残余应力分布规律。     

高速齿轮热变形修形的试验研究

高速齿轮在运转时沿齿宽方向和半径方向都会产生不均匀的温度场,并由此引起不均匀的热变形。为了确保有一个均匀的载荷分布,必须进行适当的齿向修形。本文介绍全尺寸全速高速齿轮试验台、高速齿轮温度测试技术、高速齿轮热变形齿向修形试验以及运用了热变形修形技术的齿轮箱实例。此外,本文还提供了一种确定高速齿轮热变形齿向修形量的计算方法。     

冷轧薄板中浪板形缺陷的屈曲及后屈曲理论与轧试验研究

针对冷轧过程中常见的中浪板形缺陷,建立其产生全过程也即屈曲及后屈曲变形的解析计算的力学模型和求解方法,为了验证计算结果,在试验轧机上进行试验轧制研究.在试验中,通过设计不同的工作辊初始辊形轧制出各种不同大小的中浪浪形模态,并实测得到中浪浪形的几何参数和对应有关的轧制试验的设备与工艺参数以及轧件的规格与材质参数.运用所建...     

基于目标环量分布的机翼减阻反向设计

为了优化直升机升阻比,研究了飞机设计过程中减小诱导阻力的措施,提出了一种机翼几何扭转角的反向设计方法。该方法通过确定目标升力分布形式,对沿翼展方向选取的设计点进行几何扭转角设计,实现目标分布。基于升力线理论,建立用傅里叶正弦级数表示的升力线理论积分微分方程的矩阵表示形式,编制了低速平直机翼的气动力、气动载荷分布的计算程序和几何扭转角的反向设计程序。最后,基于目标环量分布获得了几何扭转机翼,并通过程序预测和数值模拟方法对优化结果进行了仿真。计算结果表明:设计后的几何扭转机翼展向环量分布达到目标椭圆分布形式,几何扭转机翼诱导阻力减小了17.07%,总阻力减小了15.43%,计算状态升阻比提高了6.5%。该方法对选取控制剖面进行设计,可实现性较强,具有一定工程应用价值。     

非均荷载下齿向应力与轮齿变形的数值模拟

基于齿轮的精确建模对数值仿真精度的巨大影响,采用APDL-Maltab的参数化建模编程技术,通过对齿廓曲线的推导,建立了比较精确的齿轮模型。提出跑合前载荷沿接触线呈线性分布和跑合后呈三次抛物线分布的模拟方法,进而推导出跑合前后齿向荷载的分布曲线。对均布荷载、线性分布和三次抛物线分布的非均荷载作用下,齿宽方向上齿根最大应力和啮合线上轮齿变形的变化规律进行了比较研究,验证了齿端刚度效应和齿根应力、轮齿变形的连续性。非均荷载下齿根应力和轮齿变形的数值模拟表明:齿向荷载的不均匀性和齿端效应,使得齿根最大应力增大,轮齿最大变形减小。上述研究对于优化齿形设计和改善齿向荷载分布等具有一定的理论价值。     

重载齿轮单齿啮合危险区域接触应力分布研究

针对大模数、特宽重载齿轮,建立齿轮接触应力分析模型,研究啮合过程中的齿面接触特性。采用Abaqus有限元软件分析与赫兹接触应力计算两种方法,找出了重载齿轮单齿啮合状态下"最危险"区域接触应力分布规律。通过计算机仿真给出了接触齿的接触应力分布情况。研究结果表明,接触应力的最大值发生在齿侧表面接触点上并沿齿向方向呈明显的梯度变化。当偏离接触点时,接触应力迅速下降,最大接触应力发生在主动轮上,接触应力沿齿宽方向呈线性分布,齿宽过大,造成齿向载荷不均匀。因此,增大主动轮强度,采用正变位,对提高重型装备的可靠性和使用寿命是有益的。     

大跨度龙门起重机变截面主梁优化设计

目前,大跨度龙门起重机主梁设计为减轻主梁自重,主要考虑箱形截面的翼缘板及腹板在长度和高度方向上采用不同厚度的板材,而使主梁沿长度方向分为多种截面形式,并以跨度中心向2侧对称分布。采用有限单元法和优化设计方法,以龙门起重机为研究对象,通过计算机仿真分析起重机主梁的强度、刚度,找出最大应力和最大变形处,然后在此基础上,完成以结构轻量化为主要目标的优化计算。     

TC4钛合金薄板激光焊接变形的有限元模拟

建立了TC4钛合金薄板激光焊接模型,采用有限元方法分析了板宽对焊接残余应力及失稳变形的影响。结果表明:最高纵向残余拉应力出现在焊缝中心两侧的热影响区;随着板度增大,平均残余压应力和临界失稳力降低;沿着焊接方向的钛合金薄板失稳变形程度随板宽的增加而减小,而垂直于焊接方向的失稳变形程度随板宽的增加而增大;当板宽为120mm时,其失稳变形程度呈马鞍形分布,当板宽为320mm时,马鞍形变形分布特征消失;钛合金薄板失稳变形的z向位移试验值与模拟结果的相对误差为8%,证明模拟结果较准确。     

四辊轧机轧制因素影响磨损的有限元分析

轧制过程中,轧辊与被轧制金属材料之间接触应力较大,并承受周期性的应力应变。轧辊的表面特性会发生改变,产生磨损。轧辊与带钢之间的磨损会落破坏原始辊型,并直接影响板形控制精度及增加辊耗。对于轧制因素的调整,可以降低辊耗和节约生产成。首先分析了轧辊的磨损及影响因素,考虑轧辊辊系的弹塑性变形,基于有限元软件,建立了轧制力学模型以及四辊轧机有限元仿真模型。其次利用有限元法对轧辊的应力进行了仿真模拟,并从板宽、压下率等因素对工作辊磨损的影响,提出了降低轧辊失效的具体措施。