应用解析数值法反求热轧过程的传热边界条件

利用宝钢股份的实际生产数据,反求热轧过程的传热边界条件,并应用于板材热轧综合解析数值模型,提高模型计算精度。运用该模型预测轧制规程下各道次轧制温度和轧制力的变化情况。计算结果表明,模型计算得到的轧制力、温度与实测值吻合较好,反求参数与实际相符。     

基于流函数法的铝合金板材异步轧制应变计算数学模型

作为一种剧烈塑性变形技术，异步轧制是提高铝合金板材变形均匀性的重要方式。但由于异步轧制中存在多变量、强耦合、非线性等特点，其厚度方向变形机制难以精准解析。为深入研究异步轧制厚度方向变形情况，建立了一种板材异步轧制沿厚度方向应变计算模型。根据轧制过程的运动学特点，变形区被分为刚性-塑性-刚性区。在此基础上对变形区边界条件进行了修正，并采用流函数法建立近真实的运动学容许速度场。根据最小能原理和线性化积分手段建立了轧制功率消耗模型，解决了计算过程中的多参量非线性耦合问题，实现了变形区边界模型的快速计算。结合速度分量与应变速率分量，最终建立了异步轧制轧后应变计算模型。为了验证理论模型的准确性进行了数值模拟与异步轧制试验。与试验结果进行对比，计算结果最大误差为13.44%，最小误差为1.33%，整体计算耗时缩减到1 s以下。模型的建立可为异步轧制板材质量调控与预测提供重要理论参考。     

7085铝合金超厚板热连轧过程的宏观场分析

建立7085铝合金流变应力本构方程,并基于MARC软件对7085铝合金多道次热轧过程进行有限元建模与仿真,分析热连轧过程中轧件的温度场及应力应变场的分布及变化规律。对比整个轧制过程中的轧制力仿真结果与基于经典热轧变形抗力解析计算模型预测结果,从而验证了7085铝合金超厚板热连轧过程宏观场仿真模型的可靠性,为生产实践过程监控与工艺参数优化提供理论依据。     

7085铝合金超厚板热连轧过程的宏观场分析

建立7085铝合金流变应力本构方程,并基于MARC软件对7085铝合金多道次热轧过程进行有限元建模与仿真,分析热连轧过程中轧件的温度场及应力应变场的分布及变化规律。对比整个轧制过程中的轧制力仿真结果与基于经典热轧变形抗力解析计算模型预测结果,从而验证了7085铝合金超厚板热连轧过程宏观场仿真模型的可靠性,为生产实践过程监控与工艺参数优化提供理论依据。     

5052铝合金板材热轧过程塑性变形及应力分布的三维热力耦合模拟

对5052铝合金板材热轧过程进行了三维热力耦合模拟,综合考虑热轧过程中轧制速度、变形温度、道次压下量和摩擦系数等因素对热轧过程中轧件变形区内塑性变形和应力分布的影响,建立了多参数的热力耦合热轧模型。结果表明,在轧件变形区内,因加工硬化与动态软化的综合作用,其流变应力呈典型的动态再结晶特征。在变形区内轧件表面因金属流动剧烈,其等效塑性应变和应变速率远远大于轧件心部,塑性变形显著。轧制速度是轧件温度场分布最重要的影响因素之一,轧制速度越大,轧件的温升就越高;而温度是影响等效应力大小的主要因素,温度升高和应变速率降低都使得流变应力降低。     

基于上限法的大型筒节轧制力能参数建模分析

为深入理解大型筒节轧制变形力学行为,运用上限法建立了满足运动边界的速度场和应变速率场,建立了变形区金属塑性变形功率、剪切功率和摩擦功率的计算模型.考虑抱辊力对大型筒节成形的影响,利用能量原理建立了大型筒节轧制力能参数计算解析模型.并基于自主编制的仿真软件分析了筒节尺寸、轧制速度和摩擦因数等工艺参数对轧制力能参数的影响规...     

流函数法在无缝钢管张力减径过程中的应用

应用流函数法,建立了无缝钢管三辊张力减径变形区内速度场函数,基于上限法原理推导了变形区内总消耗功率的表达式,提出来轧制力能参数的计算方法,并以Φ82 mm×6.15 mm×3800 mm的AISI-1020钢管定径过程的数值模拟与工艺实验验证了该理论。通过模拟、实验与理论进行对比可知:模拟速度场与计算值趋势基本相同;理论轧制力与实测值基本吻合;流函数法可以较真实的反映实际速度场情况。     

AZ31B镁合金中厚板轧制热力耦合场数学模型

采用Gleeble-1500D热力模拟试验机对铸态AZ31B镁合金圆柱试样进行了宽范围变形条件下的热压缩试验,拟合热压缩试验数据,针对镁合金应变软化特性建立了一种新的热力本构模型;依托于Deform-3D对镁板的实际热轧过程进行了热力仿真分析,依据轧制理论假设、宏观连续介质力学以及热力学原理,采用数学解析的方法建立了镁板热轧制区域中的应变、应变速率值分布模型以及三维温度场、应力场数学模型。研究结果表明:新建的热力本构模型预测精度较高,平均相对误差为5.1%;建立的轧制变形区域中的应变、应变速率值分布模型,温度场数学模型以及热力耦合场数学模型不仅形式简单易于为生产利用,更能精确表征中厚规格镁板热轧制过程中的热-力耦合变形机制。     

用上限法解析三辊穿孔过程的力能参数

适当简化三辊穿孔机穿孔变形过程(只有轴向和径向应变的平面应变),将穿孔变形区分成4部分,建立各变形区的速度场,用上限法解析各变形区的变形功率,并根据轧制力所做的功率等于各变形区消耗的功率之和求出轧制力。实例说明,对于径壁比大于10.0的薄壁管,采用该方法计算的理论值与实测值相对误差较小,可在实际工程中应用。     

Zr-1.0Sn-1.0Nb-0.1Fe合金板材多道次热轧过程的有限元分析

通过等温热压缩实验研究了Zr-1.0Sn-1.0Nb-0.1Fe合金在变形温度为550、600、650和700℃和应变速率为0.01、0.1、1和10 s^-1以及最大变形程度为70%条件下的热变形行为。在考虑变形热效应的基础上,对真应力-真应变曲线进行了温度修正,并在Arrhenius双曲正弦函数方程的基础上建立了峰值应力模型。通过Deform对Zr-1.0Sn-1.0Nb-0.1Fe合金板材在初始温度为630℃和轧制速度为30、45和60 m·min^-1条件下从板厚104 mm轧制至19 mm的多道次热轧过程进行了有限元模拟,并与热轧实验结果进行对比,验证了有限元模型的准确性。此外,研究了轧制速度对热轧过程中轧板温度、轧制力以及最终板厚的影响。结果表明：随着轧制速度的增大,轧板的表面温度和心部温度随之增大,而轧制力和最终板厚随之减小。     

钛铝复合板热加工图及热轧实验

采用Gleeble-3500热模拟试验机进行高温等温压缩实验,研究了爆炸焊接钛铝复合板在变形温度为300~500 ℃、应变速率为0.1~10 s^-1条件下的热变形行为,利用动态材料模型构建了钛铝复合板热加工图,并基于热加工图进行了钛铝复合板热轧工艺验证实验。结果表明：钛铝复合板属于正应变速率敏感材料;在热加工图中变形温度为420~460 ℃、应变速率为1.6~6.3 s^-1时,功率耗散效率达到0.64~0.72,该区域对应的工艺参数适合进行钛铝复合板热轧;热轧后实验板材界面结合良好,具有良好的力学性能和钣金成形性能。钛铝复合板在热轧过程中的变形机制为：变形抗力低、流动快的铝层在自身发生塑性变形的同时牵引着钛层一起发生塑性变形,其中铝层是热变形,钛层为冷变形。     

不同变形区组成下铝合金厚板蛇形轧制板曲率建模分析

蛇形轧制作为一种新型的轧制工艺为高性能厚铝板生产提供了一种新方法,但是传统的异步轧制弯曲曲率模型不能用于蛇形轧制,蛇形轧制缺少精准的轧后曲率计算模型。根据变形区的特征及中性点的位置,确定了变形区组成及其存在边界条件;塑性变形区最多可分成4个区,对不同组成情况的变形区进行了分析,建立了各种情况下单位压力和上、下部分累积剪应变偏差模型,在此基础上建立了剪切应变引起的弯曲曲率模型,根据流动准则建立了轴向应变引起的弯曲曲率模型,最终建立了不同辊径比下的蛇形轧制的弯曲曲率模型。考虑到厚度方向变形的不均匀性,在建模过程中引入均匀系数E,使模型更加精确。采用Ansys模拟和实验数据进行了模型精度的间接验证。结果表明,与模拟和间接实验结果相比,最大和最小相对误差分别为10.71%和0.34%,证实了模型精度,可应用于弯曲曲率预测及控制;同时研究了不同工艺参数（偏移量、辊径比、压下量、工件初始厚度等）对弯曲曲率的影响规律。研究结果为厚规格铝板蛇形轧制生产提供重要理论和技术支持。     

AZ31镁合金中厚板轧制温度场的数值模拟与实验验证

通过数值模拟分析了AZ31镁合金中厚板在轧制变形区的温度分布，建立了轧后镁板平均温度关于轧辊温度、轧制速度、轧制压下量、板材厚度的经验公式，并辅以相应的实验验证。结果表明：当镁板较薄、轧制速度较小时，镁板中心层的塑性变形热在轧制变形区向表层传递，中心层的温升不能代表镁板塑形变形产生的温升；轧后镁板的平均温度与轧辊温度、轧制速度、轧制压下量正相关，与板材厚度反相关；轧后镁板平均温度的计算值与实验值的最大相对误差为8.34%，平均相对误差为7.4%，经验公式能很好的预测轧后镁板的平均温度。经验公式的提出，利于实现“AZ31镁合金板材的等温轧制”控制；对镁合金轧制工艺制度的合理制定以及后续轧制设备的选择有重要指导意义。     

板带轧制在线控制模型的研究

为解决板带轧制高速高精度在线模型问题,文章基于能量变分原理,研究了一种快速数值算法。该法将变形区划分为有限离散单元,考虑剪切变形作用,建立了高速计算模型,在平面变形条件下实现了对轧制力的仿真。计算结果与实测值、Marc有限元计算结果有很好的吻合。通过对某厂五机架冷连轧的分析,模型可在0.3s内完成全部计算。该算法对深入研究冷热态连轧过程在线控制具有重要实际意义。     

高温合金GH4169多道次可逆热轧的有限元模拟

高温合金变形抗力大,在研究板形问题时必须要考虑轧辊的弹性变形。应用MSC,MARC软件,采用弹塑性大变形热力耦合有限元法,建立了包括等效弹性轧辊在内的多道次可逆热轧过程的热力耦合有限元模拟模型。应用该模型实现了多道次轧制过程的连续模拟,而中间不需要进行人工干预。对高温合金GH4169的多道次热轧模拟结果表明,这种建模方法获得了较好的计算精度。     

Investigation of rolls size effects on hot ring rolling process by coupled thermo-mechanical 3D-FEA

Hot ring rolling is a significant branch of ring rolling characterized by high nonlinearity, 3D deformation, continuously progressive forming, unsteady-state, asymmetry, etc. with coupled thermo-mechanical behaviors which have significant effects on the deformation behavior, microstructure and mechanical properties of the ring. Changing the sizes of forming rolls including mandrel and driver rolls will considerably affect the roll gap deformation zone which is in close relation to the feed amount of both forming rolls and thus affects forming quality of the ring as well as power parameters. In this study, a reliable coupled thermo-mechanical and 3D rigid-plastic finite-element (FE) model for hot rolling of large rings is established. Then, based on the stable forming condition of the ring rolling process and comprehensive numerical simulations, the size effects of forming rolls on strain and temperature distributions and their uniformity, stress distribution, side spread and power parameters were investigated by 3D coupled thermo-mechanical FE simulation. The results show that there are optimum sizes of mandrel and driver rolls under which the strain and temperature distributions of ring and thus its microstructure are the most uniform where fishtail coefficient and power parameters have reasonable values. The achievements obtained can not only serve as a guide to the design of rolls sizes, optimization and quality control of the hot ring rolling process, but also clarify the plastic deformation and heat transferring of hot rolling of large rectangular-section rings.     

非对称因素对热轧纯钛中厚板出口楔形的影响

针对纯钛中厚板热轧过程中可能出现的轧件断面楔形问题,结合四辊轧机设备和工艺的非对称特点,基于影响函数法建立双悬臂梁辊系弹性变形模型,研究对中误差、机架刚度差、坯料楔形、横向温差等非对称因素对轧件断面楔形的影响。结果表明对中误差、机架刚度差、横向温差对出口楔形的影响随着板宽和压下量的增大而增大,入口楔形对出口楔形的影响随着板宽增大和压下量的减小而增大。     

Roll force,torque, lever arm coefficient,and strain distribution in edge rolling

Due to the growing importance of width control in strip and plate mills, edge rolling is currently an im-portant process in hot rolling mills. Research in edge rolling has been carried out, and in the present ar-ticle, models for roll force, torque, and lever arm coefficient are derived using the upper bound method. A simple, kinematically admissible deformation zone and velocity field, independent of friction in the roll gap, is proposed, and the energy dissipation rate is derived. The formula for energy dissipation rate has, in practice, no limitation because all edge rolling geometries are safely in the area where the formula is valid. Roll force and torque are derived by means of two independent integrals. Thus, the lever arm coef-ficient is evaluated from the expressions for roll force and torque using conventional rolling theory. Roll-ing trials report good agreement with theory. Measured roll forces are similar to calculated forces. Furthermore, the shape of the dogbone that arises during edge rolling is in fairly good agreement with the calculated dogbone shape. Deviations are due to the deviation from ideally plastic material in the ex-periments. Also, the strain distribution over the dogbone is similar to the proposed deformation zone. Thus, a new formula has been developed to a stage that it can be implemented in width control systems for edge rolling stands in hot strip and plate mills.