熱軋帶鋼精軋過程屈曲行為的研究
發(fā)布時間：2021-03-04 07:02
熱軋帶鋼的板形質(zhì)量控制一直是板帶軋制領(lǐng)域研究的熱點與難點。板形在熱軋精軋機組之間的變化過程是帶鋼在內(nèi)應(yīng)力作用下屈曲失穩(wěn)及后屈曲變形的演變結(jié)果,這一演變過程具有多變量、強耦合、深度非線性等特點。目前對于熱軋屈曲行為的研究少之又少,而且現(xiàn)有的屈曲分析模型都只是從力學(xué)、能量角度進行分析,未考慮溫度分布不均對屈曲失穩(wěn)臨界閾值和后屈曲變形的影響；同時,由于沒有準(zhǔn)確預(yù)測精軋機組各機架出口帶鋼的溫度場和應(yīng)力場的在線計算模型,無法為屈曲變形研究提供準(zhǔn)確的初始數(shù)據(jù)；另外,目前在線應(yīng)用的判據(jù)理論和板形控制手段均存在一定的局限性,需要通過屈曲理論對其進行完善,這使得開展屈曲變形行為研究更有意義。本文以某CSP熱連軋線為研究對象,基于深入的理論研究,結(jié)合數(shù)值方法和解析方法,對描述熱軋帶鋼精軋過程中溫度、應(yīng)力和屈曲等參量演變行為的控制模型進行深入研究。論文取得了如下創(chuàng)新性成果： (1)根據(jù)熱軋過程中帶鋼與周圍介質(zhì)的熱交換特點,考慮物性參數(shù)隨溫度變化的特性,基于合理的假設(shè)條件,兼顧計算速度、精度及穩(wěn)定性,采用二維交替差分法建立了熱軋帶鋼溫度場計算模型,并采用三種群PSODE算法對模型參數(shù)進行優(yōu)化,提高了模型的計算精度,可用于在線準(zhǔn)確預(yù)測熱軋精軋過程帶鋼溫度場的演變規(guī)律。 (2)考慮帶鋼橫向溫差導(dǎo)致的變形抗力的不均勻、變形區(qū)單元剪應(yīng)力的作用及帶鋼與工作輥接觸面上縱向與橫向摩擦系數(shù)的不一致性等條件,結(jié)合增量理論和流體動力摩擦理論,利用漸近分析原理對基本參數(shù)進行歸一化處理,建立了基于有限體積法的帶鋼三維塑性變形模型,并采用不完全LU分解預(yù)處理的BICGSTAB算法實現(xiàn)快速穩(wěn)定求解,可用于準(zhǔn)確計算軋后帶鋼的內(nèi)應(yīng)力,為屈曲變形行為研究提供初始數(shù)據(jù)。 (3)在獲得內(nèi)應(yīng)力的基礎(chǔ)上,針對整體對稱屈曲和局部對稱屈曲四種模態(tài)形式,綜合考慮溫度分布不均等因素的影響,首先以彈性薄板小位移理論為基礎(chǔ),運用能量法對屈曲應(yīng)力公式進行理論推導(dǎo),建立了熱軋帶鋼屈曲失穩(wěn)計算模型；然后在此基礎(chǔ)上,基于彈性薄板大位移理論,根據(jù)最小勢能原理建立了帶鋼后屈曲變形的計算模型,求得后屈曲平衡狀態(tài)的內(nèi)應(yīng)力與浪形參數(shù)的定量關(guān)系。深入系統(tǒng)地研究了熱軋帶鋼屈曲行為與影響因素之間的關(guān)系,完善了屈曲變形理論。 (4)系統(tǒng)總結(jié)了傳統(tǒng)平坦度死區(qū)理論-Shohet判據(jù)的主要思想,從理論上分析了Shohet判據(jù)的局限性；針對凸度分配策略中存在的缺陷,結(jié)合屈曲失穩(wěn)判據(jù)理論,提出了一種按各機架出口帶鋼屈曲臨界閾來確定比例凸度的板形控制策略；考慮潛在板形的影響,結(jié)合屈曲理論和塑性變形理論,對平坦度控制目標(biāo)進行改進,建立了以平坦度軟測量值為控制依據(jù)的平坦度反饋模型�；谇碚摰陌逍文Ｐ偷慕⑦M一步提高了在線板形設(shè)定與控制系統(tǒng)的精度。
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG335.56;TG335.11
本文編號：1516447
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG335.56;TG335.11
文章目錄
致謝
摘要
Abstract
引言
1 緒論
1.1 研究背景及意義
1.2 板形的基本概念
1.2.1 板形的定義
1.2.2 板形的表示方法
1.2.3 板形缺陷分類
1.3 板形控制理論的研究進展
1.3.1 軋件溫度場模型
1.3.2 軋件塑性變形模型
1.3.3 軋件屈曲失穩(wěn)變形模型
1.4 研究內(nèi)容
2 熱軋帶鋼溫度場在線計算模型
2.1 精軋機組帶鋼溫度場計算模型
2.1.1 數(shù)值求解方法
2.1.2 物性參數(shù)的確定
2.1.3 邊界條件
2.1.4 計算流程
2.2 基于三種群PSODE優(yōu)化算法的帶鋼溫度場模型
2.2.1 PSO和DE算法的基本原理
2.2.2 三種群PSODE算法
2.2.3 溫度場模型優(yōu)化及精度驗證
2.3 熱軋帶鋼溫度場模型仿真計算
2.3.1 模型計算結(jié)果
2.3.2 工作輥溫度分布的影響
2.3.3 帶鋼寬度的影響
2.3.4 板坯表面最大橫向溫差的影響
2.4 本章小結(jié)
3 基于有限體積法的熱軋帶鋼三維塑性變形模型
3.1 現(xiàn)有三維差分模型及局限性
3.1.1 現(xiàn)有三維差分變形模型
3.1.2 現(xiàn)有三維差分變形模型的局限性
3.2 基于有限體積法的帶鋼三維塑性變形模型
3.2.1 變形抗力橫向分布計算模型
3.2.2 基本方程
3.2.3 漸近分析
3.2.4 控制方程
3.2.5 離散與求解
3.2.6 后處理過程
3.2.7 計算流程
3.3 熱軋帶鋼三維塑性變形模型仿真計算
3.3.1 模型計算結(jié)果
3.3.2 模型結(jié)果驗證
3.4 熱軋帶鋼三維塑性變形計算結(jié)果分析
3.4.1 變形抗力的影響
3.4.2 來料凸度的影響
3.4.3 帶鋼橫向溫差的影響
3.5 本章小結(jié)
4 熱軋帶鋼精軋過程屈曲行為研究
4.1 基于小位移理論的屈曲失穩(wěn)模型
4.1.1 基本方程
4.1.2 屈曲問題的能量原理
4.1.3 對稱屈曲求解模型
4.1.4 計算流程
4.1.5 屈曲應(yīng)力計算
4.1.6 計算結(jié)果分析
4.2 基于大位移理論的后屈曲變形模型
4.2.1 基本方程
4.2.2 后屈曲求解模型
4.2.3 計算流程
4.2.4 計算結(jié)果分析及精度驗證
4.3 本章小結(jié)
5 基于屈曲理論的熱軋帶鋼板形控制模型
5.1 基于屈曲理論的凸度分配模型
5.1.1 傳統(tǒng)平坦度死區(qū)理論-Shohet判據(jù)
5.1.2 基于屈曲失穩(wěn)判據(jù)的凸度分配模型
5.1.3 模型計算結(jié)果
5.2 基于屈曲理論的平坦度反饋模型
5.2.1 模型的建立
5.2.2 模型計算結(jié)果
5.3 本章小結(jié)
6 仿真研究與工業(yè)試驗
6.1 全流程仿真平臺中的應(yīng)用
6.1.1 全流程仿真平臺簡介
6.1.2 仿真平臺的應(yīng)用
6.2 工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用
6.2.1 生產(chǎn)線情況介紹
6.2.2 板形控制問題
6.2.3 應(yīng)用效果
6.3 本章小結(jié)
7 結(jié)論與展望
參考文獻
作者簡歷及在學(xué)研究成果
新建目錄項
【參考文獻】
相期刊論文 前10條
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