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近年來(lái)，隨著(zhù)計算機硬件能力及軟件水平應用的提高，有限元法在金屬彈塑性變形領(lǐng)域中得到進(jìn)一步的應用。在熱軋鋼板生產(chǎn)中，隨著(zhù)高強度用鋼需求量的不斷上升，板形缺陷成為主要的質(zhì)量問(wèn)題。矯直是改善鋼板殘余應力分布，使熱軋鋼板生產(chǎn)合乎平直度標準要求的一道必不可缺的重要工序。因此有必要對矯直工藝參數與鋼板殘余應力之間的關(guān)系進(jìn)行研究分析，但在實(shí)際生產(chǎn)中很難進(jìn)行這樣的對比研究，而且矯直的中間狀態(tài)也無(wú)法取得。針對矯直工藝參數的變化以及鋼板初始狀態(tài)的不同，通過(guò)有限元軟件ANSYS進(jìn)行模擬分析，從而為矯直工藝的優(yōu)化提供建議，實(shí)現熱軋鋼板產(chǎn)品質(zhì)量的提高。 1.幾何和計算模型的建立 模型結構來(lái)源于厚板橫剪機組的精矯機，是9輥平行輥矯直機，矯直工作輥下輥有單獨調節功能，上輥升降為手動(dòng)，有彎輥的凸度調節。 2.矯直工藝模擬的結果分析 一般鋼卷打開(kāi)后，除了在縱向上存在殘余應力分布不均的問(wèn)題，在鋼板橫斷面上也易出現殘余應力分布不均的情況。當鋼板在橫斷面上有應力分布不均時(shí)，需要采取彎輥措施以增加局部變形的方法來(lái)補償縱向纖維的長(cháng)短不齊，達到消除波浪彎的目的。因此，除了研究在縱向上的壓彎方案優(yōu)化以外，矯直機橫向的凸度值調節也是改善鋼板殘余應力分布的重要措施。當板子邊部有浪形(存在壓應力)，輥子向上抬起；中部有浪時(shí)，輥子兩邊向下，中部抬起。具體數值依靠鋼板原始彎曲浪形情況并結合現場(chǎng)數據得到。 3.不同矯直工藝參數的模擬結果比較 (1)沒(méi)有初應力狀態(tài)的矯直工藝 為簡(jiǎn)化初始條件，采用沒(méi)有初應力狀態(tài)的鋼板模型，模擬了兩種不同輥縫值的矯直工藝。模擬實(shí)驗按照不同矯直壓彎量的計算方法得到兩組參數變量。壓彎量不同，得到矯直后的鋼板內應力結果也有所不同，同時(shí)，各輥矯直力水平也不盡相同。 a.內應力分布比較。對于兩組壓彎值，選用鋼板中部的同一橫斷面上的單元節點(diǎn)來(lái)比較。從不同矯直工藝下的應力分布曲線(xiàn)中可以知道，無(wú)論是內應力的分布還是數值上結果都是較好的。采用大變形線(xiàn)性遞減原則進(jìn)行的壓彎方式雖然矯直模擬后的殘余應力分布也比較均勻，但是在數值上比其余兩者都要大出許多，而采用小變形原則進(jìn)行的壓彎方式盡管數值上結果相差不大，但在分布上卻并不是很均勻。 b.矯直力大小比較。由于輥縫值的不同，自然得到模擬后各輥矯直力大小也會(huì )有所不同。兩組模擬實(shí)驗結果都表明輥縫值越小的輥子矯直力越大。 (2)施加初應力后矯直工藝 除了討論鋼板在矯直前無(wú)初應力狀態(tài)的情況，為了結合實(shí)際，模型針對待矯鋼板的殘余應力在縱向上分布不均的情況，模型中施加初應力載荷進(jìn)行模擬試驗。模擬殘余應力的方法是在鋼板矯直前通過(guò)施加初應力載荷的方式使鋼板縱向產(chǎn)生分布不均的殘余應力。施加了初應力載荷后，矯直前的內應力分布，即初應力載荷沿鋼板縱向分布不均。板子前端存在較大的壓應力，而中部是拉應力，即整個(gè)鋼板在縱向存在著(zhù)內應力的分布不均，并且在外形上看板子縱向存在浪形。 在總體上看，無(wú)論哪種壓彎方式，可以肯定的是鋼板縱向上壓應力存在的部位趨于減少，轉變成與其他部位值相近的正應力，鋼板縱向上的內應力分布不均在模擬矯直后有所改善。外觀(guān)上看鋼板也沒(méi)有出現浪形，已經(jīng)達到矯直的目的。就分布上來(lái)說(shuō)兩種工藝參數矯直后的改善情況相當，即增大壓彎量對降低殘余應力值的大小有一定的作用，但是在改善應力分布不均上的效果并不突出。 4.總結 (1)當鋼板沒(méi)有施加初應力載荷情況時(shí)，在矯直過(guò)程中鋼板表面都要經(jīng)過(guò)拉—壓—拉—壓—拉的反復彎曲過(guò)程。 (2)不同初始條件的模擬結果表明：在上矯直輥上增加凸度值對消除橫斷面上的內應力分布不均是非常有效的。結果中看出在板子中部存在的較大內應力已經(jīng)消失，并且邊部存在壓應力的位置也都得到改善。(圖/文www.fmrose.com)
