基于曲率积分的Q235/S304复合板矫直压下量分析
发布时间：2021-03-06 09:28
根据弹塑性弯曲理论,利用曲率积分理论进行压下量的计算。建立双金属复合板在矫直过程中的三维动态有限元模型,通过仿真分析复合板在矫直过程中不同压下规程下纵向位移的变化规律以及对残余应力的影响。研究表明,矫直过程中,初始道次消除部分初始浪形,适当增大后续道次的反弯会很大程度上减小矫直后板材的凸度,板材残余应力较小且分布较均匀,矫直后复合板材的平直度符合国家标准。
【文章来源】：钢铁研究学报. 2017,29(12)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图１曲率积分法模型Ｆｉｇ．１Ｍｏｄｅｌｏｆｃｕｒｖａｔｕｒｅｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ
－θｉｘ（８）式（７）和式（８）即为以曲率积分法建立的数学基本模型。１．２复合板和矫直辊接触解析矫直双金属复合板的过程较为复杂，为了方便矫直计算，传统矫直简化了板材与矫直辊的接触位置在矫直辊的顶点上［１３］。事实上，随着原始曲率、屈服强度、极限强度以及矫直辊压下量等因素的不同，板材与矫直辊的接触点位置也会随之变化［１４］。复合板材与矫直辊的接触是不在垂直方向上的，因此有必要对复合板与矫直辊的接触点进行求解。复合板材与矫直辊的接触［１５］如图２所示。图２矫直过程中矫直辊与复合板的几何关系Ｆｉｇ．２Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｓｔｒａｉｇｈｔｅｎｉｎｇｒｏｌｌｅｒａｎｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｌａｔｅｄｕｒｉｎｇｓｔｒａｉｇｈｔｅｎｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ通过曲率积分法建立的数值模型以及复合板与矫直辊的接触解析计算。收敛条件ｄｙｉ／ｄｘｉ＝ｔａｎθｉ，即在接触点处，复合板的斜率等于接触点的斜率。压下量可以使用以下方程表示：θｘ＝θｉ＋∫ｘ０κｉ（ｘ）ｄｘ（９）δｉ（ｘ）＝∫ｘ０θｘｄｘ＝θｉｘ＋∫ｘ０∫ｘ０κｉ（ｘ）ｄｘ·ｄｘ（１０）式中：θｉ为矫直辊垂线与矫直辊接触点（ｘｉ，ｙｉ）间的倾角；δｉ为第ｉ辊的压下量。２数值模拟２．１复合板矫直过程的模拟利用ＡＢＡＱＵＳ／ＣＡＥ建立室温下双金属复合板矫直过程的有限元模型如图３所示。选择双金属·１００７·
钢铁研究学报第２９卷复合板基层材料为普通碳素结构钢Ｑ２３５，覆层材料为３０４不锈钢，不锈钢层与普碳钢层厚度比例为１∶３。为了使有限元分析结果准确并缩短其计算时间，将取复合板的长度为４００ｍｍ，宽度为１２０ｍｍ，厚度为６ｍｍ，其中覆层材料厚度为１．５ｍｍ，基层材料厚度为４．５ｍｍ。矫直温度取常温状态，材料模型取各向同性弹塑性材料，复合板的基本参数见表１。图３复合板矫直模型Ｆｉｇ．３Ｓｔｒａｉｇｈｔｅｎｉｎｇｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｌａｔｅ表１复合板材料基本参数Ｔａｂｌｅ１Ｂａｓｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｌａｔｅｓ材料屈服强度／ＭＰａ弹性模量／ＧＰａ密度／（ｋｇ·ｍ－３）３０４３０４２００７９３０Ｑ２３５２５０２１５７８００考虑到１１辊矫直机的矫直辊受到支撑辊作用，且模型主要分析复合板的应力应变状态，因此在建模时把矫直辊设置为解析刚体，在实际矫直过程中矫直辊绕其中心轴转动，在１１个矫直辊上施加全方向上的位移约束和ｘ、ｙ轴方向上的旋转约束，为了防止复合板矫直过程中出现左右滑动，对板材的侧面施加ｚ向的零位移约束。解析刚体不需进行划分网格，可以很大程度地减少计算。将复合板划分为八结点线性减缩积分六面体单元（Ｃ３Ｄ８Ｒ单元）。复合板的单元网格划分如图４所示。板材覆层和基层的材料属性是各向同性的。参照实际生产的矫直过程工况以及现有矫直过程有限元模拟的有关研究，复合板与矫直辊之间的表面接触为面与面接触，其静摩擦因数为０．３５。图４矫直复合板的单元网格划分Ｆｉｇ
【参考文献】：
期刊论文
[1]双金属复合板的拉伸回弹特性研究[J]. 管奔,王亚飞,臧勇,秦勤,张超. 中国石油大学学报(自然科学版). 2015(02)
[2]双金属复合板材辊式矫直的数值模型[J]. 王效岗,李乐毅,王海澜,周存龙,黄庆学. 材料研究学报. 2014(04)
[3]辊式矫直过程应力演变及其对反弯特性的影响[J]. 管奔,臧勇,曲为壮,吕智勇,冯伟. 机械工程学报. 2012(02)
[4]中厚板热矫直过程中曲率的解析[J]. 王勇勤,刘志芳,严兴春. 钢铁. 2012(01)
[5]辊式矫直过程弹塑性弯曲数学模型[J]. 薛军安,胡贤磊,刘相华,王国栋. 钢铁研究学报. 2008(11)
[6]爆炸不锈钢复合板及其在石化设备上的应用[J]. 赵路遇,黄维学. 材料开发与应用. 2000(01)
硕士论文
[1]不锈钢/碳钢热轧模拟及冷轧实验研究[D]. 李晋.太原科技大学 2014
本文编号：3066849
【文章来源】：钢铁研究学报. 2017,29(12)北大核心
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
图１曲率积分法模型Ｆｉｇ．１Ｍｏｄｅｌｏｆｃｕｒｖａｔｕｒｅｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ
－θｉｘ（８）式（７）和式（８）即为以曲率积分法建立的数学基本模型。１．２复合板和矫直辊接触解析矫直双金属复合板的过程较为复杂，为了方便矫直计算，传统矫直简化了板材与矫直辊的接触位置在矫直辊的顶点上［１３］。事实上，随着原始曲率、屈服强度、极限强度以及矫直辊压下量等因素的不同，板材与矫直辊的接触点位置也会随之变化［１４］。复合板材与矫直辊的接触是不在垂直方向上的，因此有必要对复合板与矫直辊的接触点进行求解。复合板材与矫直辊的接触［１５］如图２所示。图２矫直过程中矫直辊与复合板的几何关系Ｆｉｇ．２Ｇｅｏｍｅｔｒｉｃａｌｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｓｔｒａｉｇｈｔｅｎｉｎｇｒｏｌｌｅｒａｎｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｌａｔｅｄｕｒｉｎｇｓｔｒａｉｇｈｔｅｎｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ通过曲率积分法建立的数值模型以及复合板与矫直辊的接触解析计算。收敛条件ｄｙｉ／ｄｘｉ＝ｔａｎθｉ，即在接触点处，复合板的斜率等于接触点的斜率。压下量可以使用以下方程表示：θｘ＝θｉ＋∫ｘ０κｉ（ｘ）ｄｘ（９）δｉ（ｘ）＝∫ｘ０θｘｄｘ＝θｉｘ＋∫ｘ０∫ｘ０κｉ（ｘ）ｄｘ·ｄｘ（１０）式中：θｉ为矫直辊垂线与矫直辊接触点（ｘｉ，ｙｉ）间的倾角；δｉ为第ｉ辊的压下量。２数值模拟２．１复合板矫直过程的模拟利用ＡＢＡＱＵＳ／ＣＡＥ建立室温下双金属复合板矫直过程的有限元模型如图３所示。选择双金属·１００７·
钢铁研究学报第２９卷复合板基层材料为普通碳素结构钢Ｑ２３５，覆层材料为３０４不锈钢，不锈钢层与普碳钢层厚度比例为１∶３。为了使有限元分析结果准确并缩短其计算时间，将取复合板的长度为４００ｍｍ，宽度为１２０ｍｍ，厚度为６ｍｍ，其中覆层材料厚度为１．５ｍｍ，基层材料厚度为４．５ｍｍ。矫直温度取常温状态，材料模型取各向同性弹塑性材料，复合板的基本参数见表１。图３复合板矫直模型Ｆｉｇ．３Ｓｔｒａｉｇｈｔｅｎｉｎｇｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｌａｔｅ表１复合板材料基本参数Ｔａｂｌｅ１Ｂａｓｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｃｏｍｐｏｓｉｔｅｐｌａｔｅｓ材料屈服强度／ＭＰａ弹性模量／ＧＰａ密度／（ｋｇ·ｍ－３）３０４３０４２００７９３０Ｑ２３５２５０２１５７８００考虑到１１辊矫直机的矫直辊受到支撑辊作用，且模型主要分析复合板的应力应变状态，因此在建模时把矫直辊设置为解析刚体，在实际矫直过程中矫直辊绕其中心轴转动，在１１个矫直辊上施加全方向上的位移约束和ｘ、ｙ轴方向上的旋转约束，为了防止复合板矫直过程中出现左右滑动，对板材的侧面施加ｚ向的零位移约束。解析刚体不需进行划分网格，可以很大程度地减少计算。将复合板划分为八结点线性减缩积分六面体单元（Ｃ３Ｄ８Ｒ单元）。复合板的单元网格划分如图４所示。板材覆层和基层的材料属性是各向同性的。参照实际生产的矫直过程工况以及现有矫直过程有限元模拟的有关研究，复合板与矫直辊之间的表面接触为面与面接触，其静摩擦因数为０．３５。图４矫直复合板的单元网格划分Ｆｉｇ
【参考文献】：
期刊论文
[1]双金属复合板的拉伸回弹特性研究[J]. 管奔,王亚飞,臧勇,秦勤,张超. 中国石油大学学报(自然科学版). 2015(02)
[2]双金属复合板材辊式矫直的数值模型[J]. 王效岗,李乐毅,王海澜,周存龙,黄庆学. 材料研究学报. 2014(04)
[3]辊式矫直过程应力演变及其对反弯特性的影响[J]. 管奔,臧勇,曲为壮,吕智勇,冯伟. 机械工程学报. 2012(02)
[4]中厚板热矫直过程中曲率的解析[J]. 王勇勤,刘志芳,严兴春. 钢铁. 2012(01)
[5]辊式矫直过程弹塑性弯曲数学模型[J]. 薛军安,胡贤磊,刘相华,王国栋. 钢铁研究学报. 2008(11)
[6]爆炸不锈钢复合板及其在石化设备上的应用[J]. 赵路遇,黄维学. 材料开发与应用. 2000(01)
硕士论文
[1]不锈钢/碳钢热轧模拟及冷轧实验研究[D]. 李晋.太原科技大学 2014
本文编号：3066849
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