无孔型轧制轧件自在外面形状的刚塑性无限元剖析[精品]

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1、无孔型轧制轧件自由表面形状的刚塑性有限元分析韦东滨徐建中吴迪白光润摘要采用刚塑性自限元解析计算了无孔型轧制轧件口由表面的变形，探讨了件鶴接触面摩擦因子的取值对计算结果的影响，并与实测值进行了对比，得到了相关结论。关键词无孔型轧制自由表面形状刚塑性有限元ANALYSISONFINITEELEMENTSOFRIGID-PLASTICITYONFREESURFACEOFPASSFREEROLLEDSTOCKWeiDongbinXiuJianzhongUniversityofScience&TechnologyBeijingWuDi

2、BaiGuangrunNortheastUniversitySynopsisDeformationonthefreesurfaceofthepassfreerolledstockiscalculatedbyanalyzingthefiniteelementsofrigid-plasticityandinfluenceofvalueoffrictionfactortakenfromthecontactsurfaceoftherolledstockandrolleronthecalculatedresultsisexplored

3、,andthecalculatedvalueiscomparedwiththemeasuredvalueandconclusionsthusreached.Keywordspassfreerolledstockshapeoffreesurfacefiniteelementofrigid-plasticity1前言无孔型轧制是-项能够产生较大经济效益的轧钢技术，圆边矩形轧法是无孔型轧制的典型工艺。在这种轧法中，轧后轧件自出表面通常呈现不同程度的单鼓形,故精确地描述轧件口由表面形状，不仅可以准确地预报各道次轧后轧件的宽度,合理地

4、制定压下规程，而月.能精确地计算轧件的断面面积,为实现无孔型连轧提供依据。为此本文采用三维刚塑性有限元法对无孔型轧制过程进行了数值模拟。2基本理论冈塑性有限元法的基础是刚塑性材料的马尔柯夫变分原理，金屈高温变形抗力模型为赳O对轧制过程中第一类奇异点的处理方法是认为该点速度与几何变形区内部单元节点速度一致，结杲增加了几何变形区外侧单元的内部变形功率，而消除了入口处的剪切功率;为避免因第二类奇异点导致能量泛函不收敛，本文采用Gallob摩擦应力模型：于是对速率敏感性材料或高温下成型的金属，当无前后张力作用时,其总体能量泛函为：根

5、据可压缩材料的变分原理[2],对(2)式求极值，得到满足极值条件的非线性方程组。经线性化处理后,可求得运动许可速度场的最优解。根据可压缩材料塑性理论，应力场可由变形速度场直接求出，基本公式为：■■■■If上1式中。ij、变分量应力和应变分量，0''ij为偏并应力和偏并应j——为静水压力和体积变形速度g——为可压缩参数m——为变形速率彩响指数m(为摩擦因子Vg——工具与工件之间的相对滑动速度，k二10"〜105为提高有限元程序通用性，提高救解效率，采用G函数法⑷确定初始速度场3计算实施和处理方法实际无孔型轧制过程中，轧件自由表

6、面常呈现程度不同的单鼓形，翻钢轧制吋轧件宽向咬入存在不同吋性;另外轧件还存在歪斜现象。为便于有限元分析，作如下简化处理。(1)将实际轧前轧件横断面化为同等面积矩形，矩形宽度与轧件横断而宽度相等,高向尺寸取轧件平均高度。(2)忽略轧制过程中轧件的歪斜。由上，利用轧件形状对称性,取四分之一断面进行研究，单元划分如图1所示。计算时采用的变形抗力模型［4］为：K=1.35•册•町33•入甞⑸式屮K、j、Xp——平面变形条件下铅的变形抗力、变形及变形速度e自然对数的底T——摄氏温度图1单元划分及编号无孔型轧制过程中，速度边界条件的处理

7、如下:垂直对称面U-0;水平对称面讣0；轧件与轧辗接触表面V2i=UxitgJ；刚端端面处Uxi=c（未知），Uyi二ov2i=0o4模拟结果与实测值的比较为了检验有限元数值解的精度,对无孔型轧制过程进行了多道次模拟实验。试样材质为工业用铅，模拟比为1：2。以第三和第四道次为例,轧件尺寸及压下率变化范围见表lo表1轧件尺寸及压下率变化范围道次1高度/mm宽度/mm

8、高宽比1压下率/%

9、3143.8262.271.10228.91

10、4

11、36.7452.271.42141.01

12、与单元划分相对应,本文把与高向5个等分点位置相对应

13、的轧件自由表面宽度作为描述自由表面的形状参数。各道轧后轧件自由表面形状参数的冇限元计算值与实测值的比较如图2所示。计算中考察了摩擦因子叫对轧件自由表面形状参数的影响，摩擦因子为0.6,0.7,0.8,0.9和l.Oo4030轧前轧件男囚道轧件半宪腹/mmO023图2轧件自由表面形状参数计算