薄带钢冷轧过程的弹塑性有限元模拟

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1、摘要薄带钢冷轧过程的弹塑性有限元模拟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“冷轧板形机理研究一原始板形对出口板形的影响及]420ram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

2、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O．叭轧制力增加O．25MN；前后张力每均匀增加100]V伊a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O．INf

3、N。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

4、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．n．摘要曲变形、与带钢接触的工作辊压扁变形、与支撑辊接触的工作辊压扁变形、支撑辊压扁变形的影响。分析了轧制条件对轧机初始辊缝设定值的影响，得到了所轧带钢宽度、摩擦系数、压下率、前后张应力等参数的改变对轧机初始辊缝设定值产生的变化。分析了轧制条件对辊间压力分布的影响。5)应用有限元对四辊CVC轧机辊系变形及有载辊缝进行了分析，得到了工作辊移动及弯辊力对辊系变形、有载辊缝及辊间接触压力分布的影响。可以看出，辊间接触压力的分布很不均匀，具有显著的S型。6)

5、为了消除CVC轧机辊间受力的不平滑。对CVC轧机支撑辊辊型进行了优化，分别采用了锥型和S型支撑辊模拟了辊间受力。采用锥型支撑辊可以消除辊间压力的尖锐峰值，使辊问压力变得平滑，但接触压力分布曲线的s型特征仍然明显。采用S型支撑辊使辊间压力在整个辊身的分布都变得平滑而且均匀，辊间压力分布的S型特点消失。采用这两类支撑辊辊型对有载辊缝进行模拟，得到的结果均使CVC轧机正凸度形状辊缝的控制能力稍有降低而负凸度形状辊缝的控制能力稍有加强。关键词：弹塑性有限元，冷轧，薄带钢，辊系变形，板形，初始辊缝，CVC轧机．III．ABSTRACTElas

6、tic—PlasticFEMSimulationonThinStripColdRollingProcessTheshapecontrolproblemofthinstripincoldrollingiscomplicatedanddifficulttosolve．BasedonthecooperativeprojectofBaoSteelandNortheasternUniversity，“StudiesonmechanismofcoldmIling．一studiesontheeffectoforiginalshapeonexits

7、hapeandmeasurementsofshoecontrolfor1420lnlncoldtandemmill”．inthisdissertationtheElastic．PlasticFEMwasusedtoanalyzethethinstripcoldrollingprocessbyMSC．Marcsoftware．Thestaticimplicitexpressionofelastic—plasticFEMWasutilizedtosimulatecouplefieldofdisplacementandstressbetw

8、eenstripandrolls，workrollandbackuproll．ThedissertationwillbeaworthyreferencefortheFEMmodelofrollingprocessandshapecon