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基于轴承—辊系—轧件耦合模型的辊颈载荷及板形问题研究

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基于轴承—辊系—轧件耦合模型的辊颈载荷及板形问题研究

作者：李月太原科技大学

学位级别：硕士

板形和板厚是板带材产品的两个主要质量指标。随着AGC控制系统的逐渐完善，厚度精度已基本满足要求，但板形问题却日益突出，已成为决定产品质量的主要因素。目前从改进设备入手来获得或强化改善板形的手段已成为板形控制技术的主要发... 详细信息

板形和板厚是板带材产品的两个主要质量指标。随着AGC控制系统的逐渐完善，厚度精度已基本满足要求，但板形问题却日益突出，已成为决定产品质量的主要因素。目前从改进设备入手来获得或强化改善板形的手段已成为板形控制技术的主要发展方向，这些手段除直接改变辊缝形状外，也会通过影响轧机辊系的弹性变形来起到控制板形的作用。目前的轧制过程数值分析和计算模型，大都将辊颈处理成刚性体，且未考虑辊颈载荷分布对辊系弹性变形和板形的影响，这会对计算精度产生较大的影响。本研究建立了包括辊系、轧件和支承辊轴承的整体耦合有限元计算模型，在此基础上对轧制过程辊颈载荷分布规律和各影响因素对板形的影响进行了深入的探究。本文的主要研究内容和结果如下：（1）对采用不同的支承辊辊颈处理方式的传统轧制过程有限元分析，在此基础上建立了改进的辊系-轧件耦合模型和轴承-辊系-轧件整体耦合模型。通过对比分析了支承辊辊颈为刚体、辊颈与轴承配合部分为刚体，未配合部分为弹性体、辊颈为弹性体并耦合轴承的三种有限元模型在轧制过程中辊系弹性变形和板形的差异。通过实验验证了有限元模拟结果的可靠性，得出轴承-辊系-轧件整体耦合模型相对于其它几种模型更加合理。（2）基于轧制过程轴承-辊系-轧件整体耦合模型，分析了轧制过程中咬入、稳定轧制和抛钢三个不同阶段支承辊辊颈载荷的分布规律。其中包括轧制过程不同阶段辊颈径向载荷沿轴向的分布规律;辊颈与滚动体之间接触压力的分布规律;不同阶段各列滚动体对辊颈的径向合力以及水平分力、竖直分量的关系，由于水平分力相对于竖直分量较小，因此轧制过程中影响辊系变形的辊颈载荷主要是辊颈径向合力的竖直分量。（3）基于轧制过程轴承-辊系-轧件整体耦合模型，分析了板宽、压下率、摩擦系数和前后张力等因素对轧制过程中辊颈径向载荷的竖直分量分布的影响。结果表明：板宽和压下率对辊颈径向载荷的竖直分量的影响较大，摩擦系数和张力对辊颈径向载荷的竖直分量影响较小。（4）基于轧制过程轴承-辊系-轧件整体耦合模型对轧制过程中不同工况条件对辊系弹性变形以及轧后板形的影响进行了分析，结果表明：板宽对辊系弹性变形和板凸度的影响较为复杂;压下率和摩擦系数对辊系变形的影响相似，压下率对辊系变形和板凸度的影响较大，摩擦系数对辊系变形和板凸度的影响较小;张力对辊系弹性变形和板凸度的影响较小，后张力比前张力对辊系弹性变形和凸度的影响大。

关键词：板形板形控制辊颈载荷分布耦合有限元辊系弹性变形

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带材冷轧过程中张应力演变规律研究

带材冷轧过程中张应力演变规律研究

作者：张竹庆燕山大学

学位级别：硕士

板带材是国民经济各个部门中应用最广泛的轧制产品，随着用途的不断扩展，板带材获得了迅速的发展，它在汽车、造船、桥梁、建筑、机械制造、金属制品、石油化工及国防等诸多工农业领域，都有着非常重要的用途，企业和用户对轧材几何形... 详细信息

板带材是国民经济各个部门中应用最广泛的轧制产品，随着用途的不断扩展，板带材获得了迅速的发展，它在汽车、造船、桥梁、建筑、机械制造、金属制品、石油化工及国防等诸多工农业领域，都有着非常重要的用途，企业和用户对轧材几何形状和力学性能的一致性要求也越来越高。因此，进行更为深入的理论研究，提高科学水平，从而提高钢材质量和市场竞争力就显得极为迫切。板形是冷轧带钢的重要质量指标，板形控制是冷轧带钢的关键技术、前沿技术和高端技术。板形控制技术的核心模型是轧件塑性变形模型，而提高冷轧带钢前张力横向分布的求解精度，对完善三维轧制理论具有十分重要的意义。本文分析了轧制过程中带材前后张应力的变化特点，提出了前后张应力在变形区之外存在流变规律的概念，根据弹性理论，将板带模型简化为了平面问题模型，将平面应力关系和板形控制模型中的前后张应力求解模型相结合，运用有限差分法计算了由速度引起的附加张应力在变形区外的流变过程。为了提高计算速度，分析有限差分计算结果的特点，将应力分布形式进行拟合替代，计算精度与有限差分法相近，计算速度有较大提高。本文还研究了轧制过程中的张应力计算模型，根据体积不变定律，建立了入口和出口速度关系模型，引用横向位移函数和中性点计算公式等计算模型，建立中性点与出口之间的等量关系式，得到出口及入口的速度横向分布;建立与速度相关的前后张应力模型，利用松弛因子进行迭代计算。结合轧制压力计算模型和辊系弹性变形计算模型求出轧件出口厚度横向分布值，将计算得到的厚度与中性点计算模型及入口和出口关系模型相迭代进行计算，最终可求解带钢的板形等参数。对六辊冷轧机进行了实例计算，验证了板形迭代计算方法的正确性和实用性。本文最后对某六辊冷轧机进行了离线模拟仿真，模拟仿真主要考虑了三个方面，轧件塑性变形模型、张应力流变模型和辊系弹性变形模型。轧件塑性变形模型采用了考虑速度的板形迭代计算法，张应力流变模型采用了有限差分法进行计算，辊系弹性变形模型采用了分割模型的影响函数法进行计算，迭代计算的结果更加符合实际轧制。

关键词：冷轧带材板形张应力有限差分法辊系弹性变形迭代计算法

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基于影响函数法的板带轧机轧制工艺软件开发

基于影响函数法的板带轧机轧制工艺软件开发

作者：蒋惠波太原科技大学

学位级别：硕士

辊系弹性变形理论是板形理论中最重要的内容，深入研究辊系的弹性变形，能够预测一定工艺条件下的带钢轧后断面分布，能够建立各种因素与板形的关系数学模型，能够找到各种因素以及控制因素对板形影响的规律，从而为合理确定轧机的工艺... 详细信息

辊系弹性变形理论是板形理论中最重要的内容，深入研究辊系的弹性变形，能够预测一定工艺条件下的带钢轧后断面分布，能够建立各种因素与板形的关系数学模型，能够找到各种因素以及控制因素对板形影响的规律，从而为合理确定轧机的工艺参数、寻找改善板形的途径、探索控制板形的方法提供可靠的理论依据[1]。本文以某厂1450四辊热连轧机为研究对象，在轧制变形理论的基础上，采用影响函数法开发了板带轧制工艺计算软件。该软件能够对带钢轧制过程中轧制压力分布、辊间接触压力分布、轧辊（工作辊、支撑辊）弹性弯曲、轧后带钢厚度横向分布等进行了模拟计算，为建立板形控制模型奠定了理论基础。本文的主要研究内容如下： 1）根据轧制变形理论，建立热轧带钢轧制压力数学模型。并且为减少计算过程中的迭代次数，推导了热轧带钢轧制力显式计算公式同时针对推导出的轧制力公式的不足之处做进一步的修正，提高了轧制力计算的精度。 2）通过分析普通四辊轧机、CVC轧机、PC轧机以及HC轧机的辊系受力和变形特点，建立了影响函数理论模型。对辊间压扁影响函数和带钢与工作辊压之间的扁影响函数进行了完善。 3）利用C++语言编制板带轧制工艺计算程序。实现了适应范围比较广的四辊轧机轧制工艺参数的模拟计算，充分利用了面向对象程序设计技术及ADO数据库操作技术，采用Visual C++开发工具开发了板带轧机轧制工艺软件，设计出界面友好的可视化界面。 4）以1450四辊热连轧机为研究对象，运用所开发软件对其轧制过程进行模拟计算，将计算结果与实测数据进行对比，验证所开发的软件正确性，精确性，同时对四辊轧机辊系弹性变形进行计算分析，有助于深入了解辊系弹性变形的内在规律

关键词：影响函数法板凸度轧制力辊系弹性变形

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铝箔恒压轧制机理探讨

中南大学学报(自然科学版) 1982年第S4期 69-78页

作者：钟掘中南矿冶学院机械工程系

针对极限压延中的板形问题,本文探讨了箔带轧制中,轧辊压力调节系统的功、能与特性。并从箔带轧制的弹性变形协调关系出发,建立了恒压轧制力学模式,导出了变形协调方程。理沦分析与试验表明,恒压系统更能获得箔带的平直板形,并具有保持... 详细信息

针对极限压延中的板形问题,本文探讨了箔带轧制中,轧辊压力调节系统的功、能与特性。并从箔带轧制的弹性变形协调关系出发,建立了恒压轧制力学模式,导出了变形协调方程。理沦分析与试验表明,恒压系统更能获得箔带的平直板形,并具有保持板形稳定的良好条件,从而克服了传统的机械压下装置的局限性。本文结论与试验数据,已应用于国内几台铝箔轧机的改造,同样亦适用于新铝箔轧机的设计。

关键词：辊系弹性变形厚度厚差轧件板形铝箔轧机恒压

六辊冷轧机的带钢板形参数及辊间接触压力研究

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金属世界 2022年第5期 75-82页

作者：张海东王英春马炜师李洪波江东海韩文中冶京诚工程技术有限公司北京100176 北京科技大学机械工程学院北京100083

针对一种由变接触支持辊辊形、单锥度中间辊辊形、单锥度工作辊辊形组成的六辊冷轧机的辊形配置方法,利用Abaqus有限元软件建立三维“辊系弹性变形-轧件塑性变形”一体化仿真模型,从带钢板形及辊间压力两部分展开分析。通过分析发现,该... 详细信息

针对一种由变接触支持辊辊形、单锥度中间辊辊形、单锥度工作辊辊形组成的六辊冷轧机的辊形配置方法,利用Abaqus有限元软件建立三维“辊系弹性变形-轧件塑性变形”一体化仿真模型,从带钢板形及辊间压力两部分展开分析。通过分析发现,该辊形配置方法可通过工作辊和中间辊负窜有效减小带钢凸度并降低边降值;工作辊弯辊力也具有一定的板形调控能力,且强于中间辊弯辊力;同时,该辊形配置能有效均匀支持辊与中间辊间的辊间接触压力。

关键词：辊间接触压力中间辊辊形配置六辊冷轧机带钢板形辊系弹性变形工作辊弯辊力

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带钢冷连轧轧件辊系一体化仿真研究

轧钢 2007年第5期24卷 13-16页

作者：杨轶婷张清东王文广白剑北京科技大学机械工程学院北京100083

针对带钢轧制过程中金属横向变形对带钢板形的生成存在影响的问题,根据最小能量原理建立了可分析轧制过程中金属横向变形的轧件三维变形力学模型和数值解法,将之与基于二维变厚度有限元法的辊系弹性变形专用仿真软件相结合,形成了辊系... 详细信息

针对带钢轧制过程中金属横向变形对带钢板形的生成存在影响的问题,根据最小能量原理建立了可分析轧制过程中金属横向变形的轧件三维变形力学模型和数值解法,将之与基于二维变厚度有限元法的辊系弹性变形专用仿真软件相结合,形成了辊系弹性变形和轧件三维塑性变形的一体化仿真算法和软件系统。在此基础上,以某厂1420mm冷连轧机组末机架为研究对象,对板形生成过程进行了仿真分析。

关键词：带钢冷连轧板形辊系弹性变形金属塑性变形

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铝箔恒压轧制机理探讨(2)

轻金属 1982年第11期 48-51页

作者：钟掘

三、恒压轧制与板形稳定上述力学模式,表明了轧制过程各变形量之间的内在联系。运用变形协调方程对实际轧

关键词：轧机板形轧钢机轧制设备恒压辊系弹性变形纵向厚差

四辊板带轧机辊颈载荷分布及板形影响因素分析

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轧钢 2014年第6期31卷 1-4页

作者：李月张小平刘光明马艳飞王强太原科技大学重型机械教育部工程研究中心山西太原030024

板形是板带材产品的重要质量指标之一。辊系弹性变形是影响板形的主要因素,轧机辊颈载荷分布直接影响轧机的辊系弹性变形,因此精确分析辊颈载荷分布对板形控制和轴承使用有着重要的意义。针对实验室四辊可逆冷轧机,采用ANSYS/LS-DYNA有... 详细信息

板形是板带材产品的重要质量指标之一。辊系弹性变形是影响板形的主要因素,轧机辊颈载荷分布直接影响轧机的辊系弹性变形,因此精确分析辊颈载荷分布对板形控制和轴承使用有着重要的意义。针对实验室四辊可逆冷轧机,采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件,基于显式动力学建立了耦合支撑辊轴承、轧辊和轧件的三维实体模型,分析了板宽、摩擦因数、张力和压下量等因素对支撑辊辊径载荷分布和板凸度的影响,对四辊板带轧机板形控制和轴承使用提供了理论支持。

关键词：辊颈载荷分布板形辊系弹性变形四辊轧机

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PC轧机辊系的三维建模与有限元分析

安徽工业大学学报（自然科学版） 2007年第2期24卷 177-180页

作者：刘红艳李海峰徐致让安徽工业大学机械工程学院安徽马鞍山243002

采用三维有限元法(ANSYS)建立PC轧机辊系的模型,并分析了PC轧机在不同工况下辊系弹性变形与工作辊/支撑辊的接触压力。计算结果表明,影响PC轧机轧件截面形状的主要因素是对辊交叉所产生的等效辊凸度。文中采用的建模与分析方法与其它方... 详细信息

采用三维有限元法(ANSYS)建立PC轧机辊系的模型,并分析了PC轧机在不同工况下辊系弹性变形与工作辊/支撑辊的接触压力。计算结果表明,影响PC轧机轧件截面形状的主要因素是对辊交叉所产生的等效辊凸度。文中采用的建模与分析方法与其它方法相比,计算结果更为精确、可靠。

关键词： PC轧机有限单元法辊系弹性变形截面形状