论文题目: 薄带钢冷轧过程的弹塑性有限元模拟
论文类型: 博士论文
论文专业: 材料加工工程
作者: 时旭
导师: 刘相华
关键词: 弹塑性有限元,冷轧,薄带钢,辊系变形,板形,初始辊缝,轧机
文献来源: 东北大学
发表年度: 2005
论文摘要: 冷轧薄带钢生产中的板形控制问题是复杂和难以解决的问题。本文以东北大学和宝钢的合作研究项目“冷轧板形机理研究—原始板形对出口板形的影响及1420mm冷连轧机组板形控制对策研究”为背景，应用MSC．Marc有限元软件，对薄带钢冷轧过程进行了数值模拟。采用弹塑性静力隐式算法，耦合分析了带钢与辊系、工作辊与支撑辊的变形场和应力场。该项研究工作对轧制过程有限元模型以及现场生产中的板形控制具有重要的指导意义。主要研究工作如下： 1) 为了适应不同模拟的需要，建立了二维刚性辊轧制模型、二维弹性辊轧制模型、三维刚性辊轧制模型、三维弹性辊轧制模型、三维四辊轧制模型及四辊CVC辊系变形模型。这些模型全面描述了不同状态的板带轧制过程。应用有限元模型对带钢生产过程进行了模拟，模拟结果与实测值比较表明了模型的精度及可靠性。 2) 采用三维四辊轧制模型和二维弹性辊轧制模型，得到了轧制压力的横向及纵向分布特点，讨论了轧制条件对轧制压力分布的影响。对轧制力结果分析表明，摩擦系数每增加0.01轧制力增加0.25MN；前后张力每均匀增加100MPa轧制力减小1.2MN；带钢变形抗力每增加100MPa轧制力增加1.25MN；带钢压下量每增加1％轧制力增加约0.1MN。 3) 采用弹塑性有限元方法，分析了轧制条件对板凸度和带钢边部减薄的影响，以及张应力及带钢宽度对带钢横向变形的影响。在对带钢横向流动的分析中，得到在带钢中心区金属向中心流动，而且在距边部60～75mm处金属向中心流动量达到最大；在带钢边部金属明显向外流动，这是由于边部减薄及骤减引起的；根据模拟的结果及现场生产的带钢边降特点，解释了拉缩现象。在对带钢弹性变形分析中，发现在带钢入口处存在很小的弹性变形使带钢在此处的厚度增加，称这种增加为“突起”。研究了前后张应力及带钢压下量对带钢入口突起和出口弹性回复的影响，得到了突起和回复变形沿带钢宽度的分布规律。 4) 对辊系的变形进行了模拟，分析了轧制条件对工作辊弯曲变形、支撑辊弯
论文目录:
声明
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 薄带钢冷轧过程研究的目的和意义
1.2 薄带钢冷轧的特点
1.2.1 薄带钢板形及板凸度的特点
1.2.2 冷轧中辊系的变形特点
1.3 板形理论的研究进展
1.3.1 带钢塑性变形模型
1.3.2 辊系弹性变形模型
1.4 有限元在轧制中的应用
1.4.1 刚塑性有限元法
1.4.2 弹塑性有限元法
1.5 本论文的研究目的及主要内容
1.5.1 本论文的研究目的
1.5.2 本论文的主要内容
2 弹塑性有限元求解及建模
2.1 非线性有限元求解
2.1.1 非线性有限元法的求解流程
2.1.2 非线性方程组求解的方法
2.1.3 非线性迭代的收敛判据
2.2 接触摩擦
2.2.1 接触问题的描述
2.2.2 接触问题的算法及算法流程
2.2.3 摩擦问题的处理
2.3 有限元软件介绍
2.4 二辊轧制过程有限元建模
2.4.1 二维刚性辊有限元建模
2.4.2 二维弹性辊有限元建模
2.4.3 三维刚性辊有限元建模
2.4.4 三维弹性辊有限元建模
2.5 四辊有限元建模
2.5.1 三维四辊轧制过程建模
2.5.2 四辊 CVC辊系变形建模
2.5 本章小结
3 轧制力的有限元模拟
3.1 轧制压力纵向分布的模拟
3.1.1 轧制压力纵向分布的特点
3.1.2 摩擦系数对轧制压力的影响
3.1.3 压下率对轧制压力的影响
3.1.4 张应力对轧制压力的影响
3.1.5 变形抗力对轧制压力的影响
3.2 接触弧长的模拟结果
3.2.1 接触弧长的有限元值与Hitchock公式的比较
3.2.2 带钢压下量不同时的有限元值与Hitchock公式的比较
3.3 轧制压力横向分布的模拟
3.3.1 轧制压力横向分布的基本特点
3.3.2 带钢宽度对轧制压力横向分布的影响
3.3.3 弯辊力对轧制压力横向分布的影响
3.3.4 摩擦系数对轧制压力横向分布的影响
3.3.5 变形抗力对轧制压力横向分布的影响
3.3.6 辊径对轧制压力横向分布的影响
3.4 轧制力模拟结果与实测值比较
3.4.1 二维轧制力模拟结果与实测值比较
3.4.2 三维轧制力模拟结果与实测值比较
3.5 小结
4 带钢弹塑性变形有限元分析
4.1 带钢横断面上厚度分布
4.2 带钢轧后截面形状
4.2.1 带钢宽度对截面形状的影响
4.2.2 弯辊力对截面形状的影响
4.2.3 变形抗力对截面形状的影响
4.3 带钢截面的边部减薄
4.3.1 带钢宽度对边部减薄的影响
4.3.2 弯辊力对边部减薄的影响
4.3.3 变形抗力对边部减薄的影响
4.4 带钢横断面形状模拟结果与实测值比较
4.5 带钢的宽展与拉缩
4.5.1 冷轧带钢横向变形的特点
4.5.2 张应力对带钢横向变形的影响
4.5.3 所轧带钢宽度对带钢横向变形的影响
4.5.4 带钢拉缩值与实际值比较
4.6 带钢的弹性变形
4.6.1 应用三维四辊轧制模型对弹性变形的模拟
4.6.2 应用二维轧制模型对弹性变形的模拟
4.7 小结
5 四辊轧机辊系变形有限元分析
5.1 辊系弯曲变形
5.1.1 工作辊弯曲变形
5.1.2 支撑辊弯曲变形
5.2 工作辊与带钢接触压扁变形
5.2.1 工作辊在轧制方向压扁变形
5.2.3 工作辊在带钢宽向的压扁变形
5.3 辊间压扁变形
5.3.1 工作辊与支撑辊接触中工作辊压扁变形
5.3.2 支撑辊压扁变形
5.4 轧辊变形对初始辊缝设定值的影响
5.4.1 影响初始辊缝设定值的因素
5.4.2 带钢宽度对初始辊缝设定值的影响
5.4.3 弯辊力对初始辊缝设定值的影响
5.4.4 摩擦系数对初始辊缝设定值的影响
5.4.5 变形抗力对初始辊缝设定值的影响
5.4.6 张应力对初始辊缝设定值的影响
5.4.7 辊径对初始辊缝设定值的影响
5.5 工作辊与支撑辊之间接触压力
5.5.1 所轧带钢宽度对辊间压力的影响
5.5.2 弯辊力对辊间压力的影响
5.5.3 变形抗力对辊间压力的影响
5.5.4 辊径对辊间压力的影响
5.6 小结
6 CVC轧机辊系变形的有限元模拟
6.1 有载辊缝的模拟结果
6.1.1 工作辊移动位置对有载辊缝的影响
6.1.2 弯辊力对有载辊缝的影响
6.2 辊系弯曲变形
6.2.1 工作辊弯曲变形
6.2.2 支撑辊弯曲变形
6.3 辊系压扁变形模拟结果
6.3.1 工作辊轧制区压扁变形
6.3.2 工作辊与支撑辊压扁变形
6.3.3 支撑辊压扁变形
6.4 工作辊与支撑辊辊间压力
6.4.1 工作辊移动位置对辊间压力的影响
6.4.2 弯辊力对工作辊与支撑辊之间压力影响
6.5 支撑辊辊型的优化
6.5.1 锥型支撑辊
6.5.2 S辊型的支撑辊
6.6 小结
7 结论
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文与科研工作
致谢
作者简介
发布时间: 2006-10-25
参考文献
- [1].带钢冷轧轧辊热行为及其补偿策略研究[D]. 刘涛.燕山大学2006
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