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覆膜铁熔融覆膜过程界面传热与熔膜填充行为研究

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机械工程学报 2023年第6期59卷 61-71页

作者：张勃洋张清东耿力博刘吉阳石允飞北京科技大学机械工程学院北京100083 清华大学精密仪器系北京100084

覆膜铁是金属包装领域的新型复合材料。成品覆膜铁的界面结合强度和水透性取决于覆膜过程中高聚物薄膜熔融层的厚度和流动铺展行为。但覆膜过程复杂而迅速,且受钢板表面微观形貌影响,熔融层膜厚及其流动铺展行为难以精细调控。针对此,... 详细信息

覆膜铁是金属包装领域的新型复合材料。成品覆膜铁的界面结合强度和水透性取决于覆膜过程中高聚物薄膜熔融层的厚度和流动铺展行为。但覆膜过程复杂而迅速,且受钢板表面微观形貌影响,熔融层膜厚及其流动铺展行为难以精细调控。针对此,基于分形理论表征与重构基板带钢表面微观形貌;基于广义Maxwell模型试验建立聚合物膜的黏弹性本构关系;建立了考虑基板带钢表面微观形貌的覆膜过程有限元仿真模型,并试验验证了模型的准确性。研究表明,熔融层膜厚主要受基板带钢初始预热温度影响,界面填充率则主要受覆膜辊压力影响。高聚物膜熔融层厚度和界面填充率随基板带钢粗糙度降低以及基板带钢和覆膜辊初始预热温度增加而增加,且辊压力增加也导致界面填充率增加。这些规律被定量化描述,为精细化调控熔融层膜厚及其流动铺展行为提供了理论依据。

关键词：覆膜铁界面传热熔融填充预热温度微观形貌覆膜辊压力

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镀锡钢板表面光泽度轧制转印控制

机械工程学报 2016年第14期52卷 48-57页

作者：张清东张勃洋李瑞马磊北京科技大学机械工程学院北京100083

三类高档冷轧钢板产品——印铁镀锡钢板、涂装汽车面板、装饰装潢钢板对视觉美观性的要求,关乎钢板表面微观形貌的光物理效应,具体表现为色彩特性、反光特性、粗细特性、映像特性、均匀特性和轮廓清晰度等。针对其中印铁镀锡钢板表面视... 详细信息

三类高档冷轧钢板产品——印铁镀锡钢板、涂装汽车面板、装饰装潢钢板对视觉美观性的要求,关乎钢板表面微观形貌的光物理效应,具体表现为色彩特性、反光特性、粗细特性、映像特性、均匀特性和轮廓清晰度等。针对其中印铁镀锡钢板表面视觉美观性要求,将用户需求指标化并定量化镀锡钢板表面光泽度控制目标值,根据光泽度测量原理建立金属表面光泽度理论计算模型,并经批量工业生产试验实测数据验证光泽度理论模型的正确性后,研究揭示钢板表面微观形貌对表面光泽度的影响机制,获得钢板表面微观形貌参数R_a值和P_c值对表面光泽度的影响规律。应用光泽度计算模型将用户要求的光泽度控制目标进一步转化为镀锡钢板生产中可控的R_a值和P_c值的控制目标,并针对某条国内最先进DI材镀锡钢板连续生产线,研究提出镀锡钢板表面光泽度控制的工艺方法和技术,投入长期生产稳定使用后使产品的光泽度质量完全满足了用户的严格要求,创造了显著的经济和社会效益。

关键词：视觉美观性表面微观形貌轧制转印光泽度光线跟踪

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钢板微观表面质量控制理论与技术研究进展

机械工程学报 2016年第10期52卷 32-45页

作者：张清东张勃洋李瑞马磊北京科技大学机械工程学院北京100083

分析给出钢板表面质量缺陷的分类及描述,重点阐释与表面微观形貌相关的钢板微观表面质量缺陷;结合钢板微观表面质量控制的工艺原理,综述国内外针对钢板微观表面质量生成与控制的关键——钢板表面微观形貌的表征与轧制转印生成、轧辊表... 详细信息

分析给出钢板表面质量缺陷的分类及描述,重点阐释与表面微观形貌相关的钢板微观表面质量缺陷;结合钢板微观表面质量控制的工艺原理,综述国内外针对钢板微观表面质量生成与控制的关键——钢板表面微观形貌的表征与轧制转印生成、轧辊表面微观形貌的磨损演变、钢板表面的视觉美观性和涂镀黏附性与冲压储油性的描述与建模等方面的重要研究进展及成果;分析总结目前钢板微观表面质量的理论研究与生产实践中存在的主要问题,提出进一步开展钢板微观表面质量控制理论与技术研究的若干建议,展望当前在我国着力开展钢板微观表面质量研究的科学意义和应用前景。

关键词：板带微观表面质量微观形貌轧制转印轧辊磨损

带钢冷轧机工作辊表面粗糙峰轧制磨损过程离散元法研究

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机械工程学报 2016年第6期52卷 72-78,85页

作者：张清东张雍李瑞张勃洋北京科技大学机械工程学院北京100083

将带钢冷轧过程中磨损量仅有微米或亚微米数量级的工作辊表面粗糙峰的轧制磨损,视作一种由更小尺度的微细颗粒质量脱落引起的不连续细观磨损行为,建立工作辊表面局部区域内粗糙峰轧制磨损的离散元仿真模型,模拟研究工作辊表面粗糙峰上... 详细信息

将带钢冷轧过程中磨损量仅有微米或亚微米数量级的工作辊表面粗糙峰的轧制磨损,视作一种由更小尺度的微细颗粒质量脱落引起的不连续细观磨损行为,建立工作辊表面局部区域内粗糙峰轧制磨损的离散元仿真模型,模拟研究工作辊表面粗糙峰上质量脱落的变化过程和磨损规律。针对工业生产中使用电火花毛化机床加工制备的实际工作辊表面微观形貌,抽象建立若干种主要工作辊表面粗糙峰几何形状,研究不同几何形态粗糙峰的表面在相同的轧制工况条件下的不同磨损行为和抗磨损性能,仿真结果与工业生产中实测取得的工作表面粗糙峰磨损规律定性一致。研究也表明,模拟工作辊表面粗糙峰的复杂细观磨损问题,离散元方法可能是一种值得关注的方法。

关键词：粗糙峰细观磨损工作辊表面冷轧离散元

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冷轧工作辊表面微观形貌磨损行为研究

华中科技大学学报（自然科学版） 2018年第11期46卷 41-46页

作者：李硕李根张勃洋张清东北京科技大学机械工程学院北京100083 北京航天发射技术研究所北京100083

针对冷轧工作辊服役过程中表面μm量级磨损,在实际带钢轧制线上对应跟踪实测了工作辊上机前和下机后的表面微观形貌与特征,分析了整个服役周期内带钢粗糙度值随时间的变化规律.通过销盘实验模拟电火花毛化轧辊表面磨损行为,研究了磨损... 详细信息

针对冷轧工作辊服役过程中表面μm量级磨损,在实际带钢轧制线上对应跟踪实测了工作辊上机前和下机后的表面微观形貌与特征,分析了整个服役周期内带钢粗糙度值随时间的变化规律.通过销盘实验模拟电火花毛化轧辊表面磨损行为,研究了磨损过程中表面三维形貌的演变和磨损量的变化,验证了关于轧辊表面磨损机制的假设,建立三种磨损机制的描述模型.基于元胞自动机方法,建立了冷轧工作辊表面微观形貌磨损演变行为的仿真模型,仿真结果再现了工业生产中工作辊表面磨损前期尖峰折断及中后期的微观切削过程,粗糙度变化规律与实测结果取得定性一致.

关键词：表面微观形貌细观磨损冷轧工作辊元胞自动机

金属轧制复合过程微观变形行为的分子动力学建模及研究

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金属学报 2019年第7期55卷 919-927页

作者：张清东李硕张勃洋谢璐李瑞北京科技大学机械工程学院

基于分子动力学方法研究金属层合板轧制复合过程界面区材料的微观变形行为,从力学性能和位错运动的角度,对比研究双金属FeCrNi/Fe与单金属的压缩变形,揭示非共格界面对金属微观变形行为的影响。结果表明,双金属模型与2种单金属模型在应... 详细信息

基于分子动力学方法研究金属层合板轧制复合过程界面区材料的微观变形行为,从力学性能和位错运动的角度,对比研究双金属FeCrNi/Fe与单金属的压缩变形,揭示非共格界面对金属微观变形行为的影响。结果表明,双金属模型与2种单金属模型在应力-应变关系和变形行为规律方面都存在明显差异;由于复合界面的存在,变形过程中双金属模型纯Fe基体中的位错在界面附近积累,界面原子的局部剪切作用使FeCrNi基体中的位错形成变得容易,降低了 FeCrNi基体的屈服强度;复合界面对于变形过程中位错传播的阻碍作用,使材料抵抗塑性变形的能力得到提高,变形过程中2种金属基体内位错密度的交替变化导致2种金属基体的变形量也对应呈现交替变化的特殊现象。

关键词：分子动力学 304不锈钢/Q235碳钢 FeCrNi/Fe 轧制复合

薄带钢拉矫机浪形矫平过程机理建模及有限元验证

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机械工程学报 2015年第2期51卷 49-57页

作者：张清东周岁张晓峰张勃洋北京科技大学机械工程学院北京100083

采用弹塑性力学分析方法,针对拉伸弯曲矫直机用于对具有初始位移缺陷(瓢曲浪形)薄带钢的浪形矫平过程进行机理建模,推导建立以带钢规格材质及初始浪形参数、拉矫工艺参数和拉矫机相关设备参数为自变量的拉矫变形过程浪形矫平功效的解析... 详细信息

采用弹塑性力学分析方法,针对拉伸弯曲矫直机用于对具有初始位移缺陷(瓢曲浪形)薄带钢的浪形矫平过程进行机理建模,推导建立以带钢规格材质及初始浪形参数、拉矫工艺参数和拉矫机相关设备参数为自变量的拉矫变形过程浪形矫平功效的解析预测模型。通过定义拉矫过程中带钢宽向进入塑性变形的屈服区域边界位置作为中间变量,以及依次分别建立各项输入条件与屈服位置的关系、屈服位置与工艺条件的关系,建立浪形矫平预测模型的多变量微分方程组。为了验证该机理模型的正确性,分析初始浪形、材料强度、带钢尺寸等初始条件以及弯曲辊半径、拉矫张力等工艺条件对拉矫机对于带钢浪形的矫平改善能力的影响,并应用ABAQUS软件另行建立同样条件下薄带钢拉弯矫直过程的有限元模型,经计算并对比计算结果,两种方法的结果吻合良好。

关键词：拉弯矫直塑性变形浪形解析法有限元

板带轧制过程二维流函数-无网格伽辽金求解方法及其应用

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机械工程学报 2015年第10期51卷 48-54页

作者：张清东张勃洋李博张晓峰北京科技大学机械工程学院北京100083

针对无网格伽辽金法(Element free Galerkin method,EFGM)在求解板带轧制过程塑性变形时计算效率低及边界处理相对复杂等问题,在保留EFGM的基本求解思想与框架基础上,将流函数引入EFGM,推导建立一种针对板带轧制过程的二维无网格方法—... 详细信息

针对无网格伽辽金法(Element free Galerkin method,EFGM)在求解板带轧制过程塑性变形时计算效率低及边界处理相对复杂等问题,在保留EFGM的基本求解思想与框架基础上,将流函数引入EFGM,推导建立一种针对板带轧制过程的二维无网格方法——流函数-无网格法(Flow function-element free Galerkin method,F-EFGM)。由于在该方法中,以求解域内各节点流函数值为未知变量,速度场通过流函数求导得到,进而求解其他场量,实现了对刚度矩阵的降阶。采用流函数作为未知基础变量不仅能自动满足体积不可压缩条件,还使本质边界条件和摩擦边界条件的施加更加简便。为考核验证该方法,建模并仿真分析二维平面应变轧制过程,发现计算效率比原EFGM大大提高,计算结果与经典文献的刚塑性有限元计算结果和文献中实测结果吻合较好。

关键词：无网格伽辽金法流函数无网格法板带轧制

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平整轧制过程中带钢表面形貌的生成模型

机械工程学报 2013年第14期49卷 38-44页

作者：张晓峰李瑞张勃洋张清东北京科技大学机械工程学院北京100083

表面形貌是冷轧带钢表面质量的重要指标。为了研究平整轧制过程中表面形貌的演化规律,提出一种基于里兹法的板带轧制过程塑性变形的数值求解方法,将其与辊系弹性变形相结合得到轧件-辊系一体化模型。进而将工作辊与带钢的弹塑性接触抽... 详细信息

表面形貌是冷轧带钢表面质量的重要指标。为了研究平整轧制过程中表面形貌的演化规律,提出一种基于里兹法的板带轧制过程塑性变形的数值求解方法,将其与辊系弹性变形相结合得到轧件-辊系一体化模型。进而将工作辊与带钢的弹塑性接触抽象成两个粗糙表面物体的接触问题,考虑粗糙峰压入后边缘隆起以及与相邻粗糙峰的耦合作用,分别建立压入、犁沟以及挤压作用下粗糙表面生成微观模型。将两个模型相结合,建立综合考虑轧辊与带钢的粗糙峰接触、轧制力、轧辊与带钢相对滑动位移的平整轧制过程带钢表面形貌生成模型,得到平整轧制过程带钢表面形貌受工艺参数影响的变化规律。结果表明轧辊表面粗糙峰对带钢的压入、犁沟与挤压共同影响带钢表面形貌,并得到压入、犁沟占优以及挤压占优的情况下出口带钢表面粗糙度随轧制力、弯辊力、中间辊窜辊量的变化规律。并通过现场试验验证了计算结果。

关键词：轧制表面形貌粗糙峰接触