钢管压力矫直行程计算公式的理论研究

从弹塑性弯曲理论出发,以压力矫直过程中载荷-挠度模型为基础,推导出了压力矫直行程与钢管初始弯曲量的关系式。为了弥补简化假设带来的误差,引入了修正量b0,并用生产数据对压力矫直行程的关系式进行回归分析,得出了压力矫直行程的计算公式。结果表明,压力矫直行程与两支点的间距、材料的屈服强度正相关,与钢管的外径、弹性模量负相关。应用该公式可快速计算出钢管的压力矫直行程,有效提高钢管的压力矫直效率,减少重复劳动。     

棒材二辊矫直过程曲率的全流程定量解析

为了摸清棒材斜辊矫直过程中各曲率的变化规律,应用小曲率平面弯曲弹复理论以及棒材弯曲弹复的曲率方程式,实现棒材一次反弯弹复的计算模型,基于棒材每旋转半周反弯一次的规律以及上一次弹复后的残余曲率认为是下一次弯曲的原始曲率,建立棒材全流程二辊矫直过程弯曲弹复模型,获得整个矫直过程中原始曲率、弯曲曲率、弹复曲率以及残余曲率的演变过程,得到棒材最终的残余曲率.应用该理论模型对现场生产过程进行了计算,与现场结果一致,验证了理论模型的正确性.应用所建立的理论模型对不同直径、不同材料屈服强度、不同原始挠度的棒材矫直过程分别进行分析,获得了不同来料参数情况下矫直过程的变形规律.该模型可以为二辊矫直机辊型优化设计与工艺参数计算提供理论依据.      

基于有限元方法的中厚板预矫直过程模拟研究

各种中厚板高强度钢的生产和轧后超快冷等技术的应用,对预矫直工艺和设备的发展提出了要求。针对预矫直工艺特点,以7辊预矫直机为研究对象,建立了中厚板预矫直过程的三维有限元模型。通过数值模拟,对比了大变形、小变形、小倾角整体倾斜、大倾角整体倾斜4种矫直方案中钢板的残留挠度和残余应力,并分析了矫直速度对矫直过程的影响。结果表明:预矫直可有效改善轧制板形缺陷,大倾角整体倾斜方案较适合本文研究的中厚板预矫直机。     

热轧钢板矫直工艺的有限元分析

采用有限元软件ANSYS对热轧钢板矫直工艺进行模拟,研究了钢板同一初始状态下采用两种不同矫直工艺参数模拟后的结果,以及在同一矫直工艺参数下对钢板施加不同初应力载荷的模拟结果.探讨了钢板矫直过程中残余应力的变化情况以及矫直工艺参数与钢板残余应力的关系.模拟结果表明:在矫直过程中钢板表面都要经过拉一压-啦一压-拉的反复弯曲过程;对于纵向残余应力分布不均的通过模拟矫直能够达到明显的改善,并且在上矫直辊增加凸度值对消除横断面上的内应力分布不均是非常有效的.     

宽厚板预矫机负扭矩分析

宽厚板七辊预矫机是提高板带平直度、均匀或减小残余应力分布的重要环节,其矫直水平直接决定了产品质量.以宽厚板实际变形情况为背景,通过研究材料变形与各道次下的弯曲曲率及弯曲挠度之间的关系,对负扭矩的产生原因进行了分析;与此同时采用应变电桥法对七辊预矫过程中传动轴扭矩测试信号进行了分析,并通过有限元模拟进行对比分析.研究结果表明:负扭矩的产生是由于集中驱动所提供的同一转速与压弯量不同形成的不均一速度,二者无法适应引起的;负扭矩导致各个辊负载扭矩重新分配,最终对矫直辊面造成损伤;并在此基础上优化矫直工艺参数,将第二台电机的转速提高30％后,6号辊负扭矩现象得到缓解,3号和5号辊扭矩剧增现象得以消除,矫后板平直度得到改善,矫后残余应力分布更加均匀.     

大电机轴残余应力和矫直应力的监测及分析

用X射线法监测5000kW电机轴的残余应力的矫直过程中的流动应力。 残余应力部份:在对事故后的电机轴受力及变形情况初步分析的基础上,选择测试点,对数据进行整理分析,得出下列结论:电机轴轴颈弯曲,严重的偏向一侧。造成一侧的抗应力达257MPa,另一侧压应力为131MPa,呈现高水平的残余应力状态。矫直应力监测部份:采用持续加载,持续监测的方法。在原来测量残余应力的对应点,作了矫直前的初始态调查。并选择矫直监测的关键点,结果表明:当加载到70吨时,轴发生明显变形,以后持续加载产生应变强化,测试数据曲线反映出明显规律,加载到140吨时将达到理想的矫直效果。 本文结合测试数据,着重分析讨论了:(1)矫直过程中应力的监测与预测推断。(2)矫直过程中轴的受力状态和变形。(3)矫直过程中的间断性重复加载和由此产生的过应变和滞后现象。(4)应变强化和残余应力。     

钢轨残余应力研究

采用切割法,用应变片测定了钢轨纵向残余应力.并研究了主要工艺因素如冷却,矫直方式(立矫、卧矫),矫直次数,矫直变形量以及淬火等对钢轨残余应力的影响.试验结果表明,钢轨轧后冷却过程中产生的残余应力主要由热应力造成,其值不大.普通轨中的残余应力取决于矫直过程.增加矫直次数不会增加钢轨中的残余应力.矫直过程产生残余应力的机理是复杂的,除弯曲变形外,还必须考虑沿钢轨轴向产生的缩短变形.全长淬火轨经卧矫后,在轨头踏面仍保持了较大的压缩残余应力,这对于提高钢轨的疲劳强度是有利的.     

连铸坯弯曲矫直时的变形行为

 连铸机的弯曲矫直曲线的确定属于铸机辊列设计的重要内容之一。通过对不同的弯曲矫直方法的比较分析,提出了关于铸坯弯曲矫直原理的一些新的看法,指出确定铸机的弯曲矫直曲线时应综合考虑铸坯的变形速率、剪切力和矫直反力3个因素。同时对目前铸机设计中广泛使用的连续矫直曲线进行了分析,理论推理并结合实例验证了该曲线的正确性,并对该曲线下铸坯的变形规律和力学特征进行了分析和讨论,从理论上说明了该曲线的合理性。     

钢高温蠕变特性对连铸坯矫直变形的影响

 为使连铸坯在矫直过程中能够充分利用钢的高温蠕变特性,避免产生内部矫直裂纹,对铸坯矫直及机型曲线进行了研究。首先,在Gleeble-3800热模拟试验机上对Q345C连铸坯进行热塑性和高温蠕变试验,确定了Q345C钢的热物性参数和最小蠕变应变速率方程;其次,根据钢的高温蠕变特性,针对目前使用的某连铸机设计了新机型曲线;最后,采用热力耦合数值模拟的方法,计算了距离铸坯内弧侧表面38.3 mm处中心点的温度分布和应变速率。通过蠕变矫直机型应变速率和蠕变速率的对比表明,蠕变矫直机型曲线可以充分利用钢的高温蠕变变形进行矫直,蠕变变形量占总矫直变形量的比例达到88.6%,因此可降低铸坯内部矫直裂纹产生的可能性,有利于提高铸坯质量。     

H型钢矫裂的探析

通过对H型钢矫直过程中的金相组织、矫直压力大小对轧件产生的残余变形与残余应力的分析，以及轧制过程与冷却过程对矫直的影响，从而找出H型钢矫裂的原因。     

高强度厚板多点柔性压力矫直工艺

 在实际生产过程中,由于缺乏先进的矫直设备以及矫直技术,高强度厚板的矫直效率和矫直精度都比较低。传统压力矫直基于三点反弯矫直理论,即钢板由两个支点支撑,中间采用一个大型液压缸来进行矫直,在整个工艺流程中主要依靠人工进行手动操作,不仅误差比较大,而且操作比较繁琐。很多工厂在确定反弯量时都是依靠平时积累的经验,所以也需要进一步完善反弯量的解析表达式。因此,有必要对高强度厚板矫直工艺进行研究,为提升高强度厚板的矫直效率和矫直精度提供理论支持。针对高强度厚板的多点柔性压力矫直的工艺流程进行研究,首先基于矫直理论确定了矫直过程的主要工艺参数,与传统压力矫直所不同的是该矫直方案将原来的大型液压缸离散化,采用多压头多支点形式以减小板材的空矫区。然后通过矫直过程中弯矩、转角、挠度三者之间的关系来推导出压下量解析式,采用该公式所计算的反弯量在Abaqus中进行仿真模拟,并通过控制变量法来进行多组仿真模拟,对多点柔性压力矫直中板材的厚度、支点距离、材料属性等参数进行研究,确定了该公式结果的可靠性。最后采用所提出的工艺流程在自主设计的多点柔性压力矫直装置上进行试验,通过对比试验结果,验证了静压延时策略在矫直过程中可以减小板材残余挠度,同时确定了该工艺流程的可行性。     

Simplified calculation of the bending torques of steel sheet and the roller reaction in a straightening machine

In the straightening of steel sheet, it is necessary to calculate the optimal reduction of the steel blank by the working rollers of the straightening machine so that the sheet produced has the minimum residual stress and curvature. In the simulation of sheet straightening in multiroller machines, the curvature and bending torques of the steel sheet at contact points with the working rollers are first calculated and then the straightening forces are determined. In straightening steel sheet, it is important to calculate the forces in the multiroller straightening machine. Such calculations are based on determination of the reaction of the roller bearings and the forces at the upper and lower working-roller cassettes in straightening. With insufficient bending torque, it is impossible to eliminate harmful residual stress and surface defects in the sheet. Extreme roller torques and forces at the roller cassettes often lead to defects of the sheet, fracture of the working and supporting rollers, and failure of the straightening machine. In the present work, an approximate method is proposed for calculation of the optimal cold-straightening parameters of the steel sheet in a multiroller machine. The calculations permit determination of the curvature of the neutral plane in the sheet on straightening, the residual curvature of the sheet after straightening, the bending torque and the reaction of the working-roller bearings, the residual stress in the sheet, the penetration of the plastic deformation into the depth of the steel sheet, and the relative deformation of the longitudinal surface fibers of the sheet on straightening as a function of the radius of the working rollers, the distance between the rollers of the straightening machine, the reduction of the sheet by the upper rollers, the sheet thickness, and its properties (Young’s modulus, yield point, and strengthening modulus). The results may be widely used at manufacturing and metallurgical plants.     

Principle of Multi-roller Straightening Process and Quantitative Resolutions of Straightening Strategies

The multi-roller straightening process of section steel is analyzed by the springback theory of small curva- ture plane bending. The theoretical analysis results prove the curvature unification in straightening process and clear- ly reveal the principle of the multi-roller straightening process. The principle can be described as~ the initial curva- tures are reduced by several times anti-bendingl meanwhile the initial curvature differences are diminished and the residual curvatures are unified~ finally, the member after curvature unification is straightened by the last anti-ben- ding. With the plastic region ratios becoming larger, the initial curvatures are more easily unified in straightening process. Based on the plastic region ratios and the required number of roller systems for unifying the initial curva- tures, the large deformation straightening strategy and the small deformation straightening strategy are redefined. The new definition provides an important theoretical basis for setting reliable reduction rules. Through the theoretical analysis results, a new straightener design philosophy is proposed to improve the straightening quality and further increase the adjustment precision as well as the flexibility of the last roller system. The adjustable end roller emerges as the times required, achieving a good effect in practical application.     

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According to the elastic- plastic bending theory, the straightening reduction could be calculated by the curvature integral method. The 3D dynamic finite element model of bimetal composite plate was established during straightening process. And then the change rules of longitudinal displacement of composite plate and the influence on the residual stress of composite plate under different reduction procedures during straightening process were analyzed by simulation. The results show that the part of the initial wave shape can be eliminated in initial pass time, and the crown of straightened plates can be largely reduced after properly increasing the subsequent inflection during the straightening process, residual stress of the plate is small and uniformly distributed. The flatness of straightened composite plate is complied with the national standards.     

辊式矫直机矫直板带浪形的有限元仿真分析

 辊式矫直机的矫直功能是中厚板生产线上保证板带板形的重要手段,其矫直过程可以消除或均匀板带内部残余应力,对提高板带综合质量具有重要意义。为了分析矫直机对带有边浪的板带的矫直过程以及矫直效果,首先建立了板带弯曲挠度的计算模型,为确定矫直辊的压弯量奠定了基础。在矫直模型作为压弯量设定的基础上,参考现场实际设备尺寸,通过借助大型商用有限元软件ANSYS建立了11辊的辊式矫直机有限元仿真模型,并针对研究目标设计了相应的仿真工况,将模型的矫直过程调整为采用上辊系整体压下倾斜的设置,对不同浪高的板带进行仿真分析。将有限元模型计算出的矫直力与生产实际设备的矫直力进行对比,有限元模型的矫直力计算偏差约为8.3%,满足计算精度要求。设置边浪浪高分别为5、10、20 mm的板带作为仿真工况,对其矫直过程进行仿真计算,提取仿真结果中的相关数据进行分析,发现在不采用弯辊的条件下,矫直过程同样具有消除板带不平度的作用。结果表明,在浪高较大时,矫直过程消除不平度的作用明显,但是矫直后板带并不能达到最终的平整度要求;在浪高较小时,矫直过程对不平度的消除能力较弱,但矫直后板带不平度可以达到最终的平整度要求。在分析的基础上,在工业现场的实际设备中进行相关试验,试验数据表明,仿真结果与试验结果趋势相同。     

六斜辊管材矫直过程精度解析

摘要：以管材六斜辊矫直过程为研究对象,推导了管材经一次反弯后,弹复曲率及残余曲率的演变过程。根据管材旋转一圈弯曲2次,计算了管材全流程矫直微元段的反弯次数;借助三次样条函数,以管材与矫直辊接触点为特征点,拟合出了管材在辊系中的弯曲形态。基于所获得的函数,可以获得任意位置处的弯曲曲率;对某一微梁段的反弯弹复过程进行循环迭代,计算出管材微梁段的最终残余曲率,进而得到最终的管材矫后的直线度精度。通过与现场矫直数据对比,证明该模型能够可靠地预测六斜辊矫直精度,为科学合理的设定矫直参数奠定了理论基础。     

基于有限元法的拉伸弯曲矫直过程板形控制分析

 板形是带钢质量的重要判定指标,常见的板形缺陷有边浪、中浪、1/4浪等,其实质是残余应力在带宽上的分布不均。拉伸弯曲矫直机通过张力辊组、弯曲辊组和较真辊组的共同作用,使带钢在低于屈服强度的张力作用下发生塑性延伸,从而有效消除浪形缺陷,改善板形,提高带钢质量。然而在拉伸弯曲矫直机的设计和使用过程中,对拉伸弯曲矫直机参数的调整多基于经验,缺少理论指导。为了定量分析拉伸弯曲矫直机参数对浪形缺陷的改善效果,使拉伸弯曲矫直机在实际生产中发挥更好的作用,以某1 450 mm带钢酸洗冷轧生产线上的拉伸弯曲矫直机为研究对象,使用有限元软件ANSYS/LS-DYNA基于三维弹塑性有限元法建立了拉伸弯曲矫直机模型,对拉伸弯曲矫直机矫直过程进行了模拟,分析了张力和插入深度对初始浪形分别为边浪和中浪的带钢矫直后板形的影响规律。结果表明,经过拉伸弯曲矫直的带钢浪形缺陷得到显著改善;插入深度和张力对初始浪形缺陷分别为边浪和中浪的带钢板形的影响规律一致;3个辊组中矫直辊组的插入深度是影响带钢板形的主要因素,随着矫直辊组插入深度增大,带钢矫直后板形由边浪转变为平直,且随着矫直辊插入深度进一步增大,板形又由平直转变为边浪;随着入口张力增大,带钢矫直后板形由边浪转变为中浪。     

薄壁管材连续矫直截面扁化动态仿真分析

薄壁管材在连续矫直过程中会在大弯曲变形阶段发生截面扁化（即Bazier效应）,截面最大扁化量和残留扁化量作为重要工艺参数,用以控制截面变形程度和管材的圆度。而目前现场仍沿用经验图表结合人工经验和反复试矫对其进行估定,为此运用ANSYS/LS-DYNA对薄壁管材弯曲扁化的过程进行动态仿真,得到了最大扁化量和残留扁化量数据,并通过现场实验证明了分析结果的正确性和可信性,为现场矫直过程相关工艺参数的合理设置提供有效手段。