调宽压力机侧压过程的有限元模拟分析

摘要

随着热轧技术的不断发展，用户对宽度控制精度的需求不断提高。调宽技术作为连铸和连轧的中间环节，在整个轧制生产线上起着重要的作用。其中调宽压力机调宽为主要的调宽设备，在不改变连铸坯宽度的前提下扩展产品宽度规格，对于减少设备投资，节约资金和能源起到了良好作用。
　　本文首先查阅了国内外相关文献，对关于板坯调宽技术的现状做了综合评述，在弹塑性有限元的基本理论的基础上，针对首钢京唐1580mm热轧线的调宽压力机侧压过程，采用大型商业有限元软件ANSYS/LS-DYNA的热力耦合模块模拟了板坯侧压的全过程。主要工作和研究成果如下:
　　(1)针对SP调宽古城，采用ANSYS/LS-DYNA开展了大量热力耦合模拟计算，将现场实测数据与模拟计算结果进行比较，结果表明用本文建立的模型模拟计算具有较高的可靠性;
　　(2)分析了各影响因素对板材截面的狗骨高度和轧制力的影响。在稳态侧压区内，板材截面的“狗骨”高度峰值与板坯厚度、模块倾角和板坯初始温度均呈正比，与板坯宽度和材料的屈服强度呈反比;最大轧制力与板坯侧压量、板坯宽度、板坯厚度、板坯送进量和材质的屈服强度呈正比，与模块倾角和板坯初始温度呈反比;
　　(3)针对调宽过程的轧件温度场进行了简单分析。结果表明侧压过程中，板材边部温度最低，芯部温度最高。板坯头部温降最小和板坯边部温降最大，且随着板坯侧压量的增加，温降加剧。
　　(4)通过模拟计算将立辊调宽和调宽压力机调宽进行对比，更直观的得出二者的优缺点;
　　(5)分析了板坯头部失宽和主要影响因素，通过对短行程过程的模拟计算，可以看出SP短行程技术能有效的减小头部失宽现象，进而减少切损，提高生产率。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景

1．2 侧压轧制调宽技术

1．2．1 宽度控制技术的发展史

1．2．2 立辊调宽法

1．3 调宽压力机调宽法

1．3．1 调宽压力机概况

1．3．2 调宽压力机特点

1．3．3 首钢京唐1580mm热轧线调宽工艺

1．4 调宽压力机侧压数值模拟研究现状

1．5 研究的背景意义和主要内容

1．5．1 研究的背景意义

1．5．2 主要研究内容

第2章 理论基础

2．1 有限元理论基础

2．1．1 有限变形应变张量

2．1．2 应变与位移的关系

2．1．3 有限元求解一般步骤

2．2 弹塑性有限元理论

2．2．1 屈服准则

2．2．2 流动准则

2．2．3 强化准则

2．2．4 热弹塑性理论本构方程

2．3 接触分析基本原理

2．3．1 接触问题

2．3．2 接触问题求解方法

2．3．3 摩擦问题

2．4 传热分析基本原理

2．4．1 传热基本方程

2．4．2 传热问题的控制方程

2．5 LS-DYNA软件简介

2．5．1 LS-DYNA的特点

2．5．2 热力耦合和命令流

2．6 本章小结

第3章 建模过程

3．1 工艺设备和原理

3．2 模块运动的数学模型

3．2．1 运动坐标系的建立

3．3 材料特性的选取

3．3．1 材料参数确定

3．3．2 分段线性塑性模型加载

3．4 建模过程

3．4．1 模型分析模型简化

3．4．2 单元划分

3．4．3 接触摩擦

3．4．4 温度场参数的选取

3．4．5 边界条件

3．4．6 辊道、送进辊及压紧辊的模型建立

3．5 本章小结

第4章 有限元模拟结果和分析

4．1 模拟结果

4．1．1 板材的截面形状

4．1．2 轧制力

4．2 模拟分析的可靠性验证

4．3 侧压过程影响因素分析

4．3．1 板坯侧压量

4．3．2 模块角度

4．3．3 板坯宽度

4．3．4 板坯厚度

4．3．5 板坯送进量

4．3．6 材料成分

4．3．7 板坯初始温度

4．4 温度场有限元模拟结果分析

4．4．1 温度分布

4．4．2 节点温度变化

4．4．3 侧压量对最高最低温度的影响

4．5 与立辊调宽对比模拟

4．6 头部失宽和短行程模拟分析

4．6．1 头部失宽模拟分析

4．6．2 调宽压力机短行程控制技术

4．7 本章小结

第5章 结论

参考文献

致谢

附录