带钢板形缺陷对卷取张力的影响

文章编号:1004-9762(2007)003-0222-03

带钢板形缺陷对卷取张力的影响

Ξ

孙向明,宋文骞,王　山山

(包头钢铁(集团)公司带钢厂,内蒙古包头　014010)

关键词:卷取张力;板形;带钢

中图分类号:TG 142 文献标识码:A

摘　要:运用有限元软件ANSY S 建立了带钢卷取过程的有限元仿真模型,定量计算了常见的带钢板形缺陷对卷取张力的影响,仿真结果可对实际生产提供理论参考1

The influence of strip shape defect on winding tension

S UN X iang 2ming ,S ONG Wen 2qian ,W ANG Shen

(S trip Plant ,Baotou Iron and S teel (G roup )C o.,Baotou 014010;China )

K ey w ords :winding tension ;strip shape

Abstract :A FE A m odel of strip rolling was built with ANSY S s oftware to analyze the effect of strip shape defect on winding tension.The effect on winding tension was calculated by using the m odel ,and the simulation results may provide

theoretical reference for production.

卷筒径向压力的计算不仅是卷筒零件强度和胀缩缸推力计算的先决条件,而且与卷取质量直接相关1因此,准确地计算卷筒的径向压力对于带钢卷取过程分析是非常重要的1然而卷筒径向压力与卷取张力、带卷直径、带宽、带卷和卷筒的径向刚度、带卷层间介质及表面状态、层间滑动与摩擦等众多因素有关[1]1由于卷取过程中多层带钢结构的复杂性和力学上边界条件的非线性使得这个问题在理论分析和实验研究方面都具有较大的难度1

目前已有很多卷筒压力的计算公式,这些公式主要计算层间经向压力,对带钢缺陷、张力分布和层间压力的影响均没有提及[2]

1本文采用大型有限元

通用软件ANSY S 分析了冷轧带钢张力卷取过程中影响卷筒压力的几个因素,为卷筒压力的工程计算提供了技术依据1

1　带钢卷取的ANSY S 有限元仿真

111　带钢卷取的ANSY S 仿真结构模型

考虑到对称性,模型以1/2钢卷为研究对象(参

见图1)1

图1　模型网格

Fig.1　E lements of the model

(1)卷筒模型(见图1)1卷筒的力学模型是直径600mm 的圆柱刚性表面1

(2)带钢模型(见图1)1截取一些带钢,宽度为1300/2mm ,厚度为1mm ,长度为各层相应1/2圆的

周长,由50mm ×50mm 的shell118单元组成,每层带钢上分配有其外一层的目标单元,相应的每层带

钢上分配有其作为内一层的接触单元1

2007年9月第26卷第3期内蒙古科技大学学报

Journal of Inner M ong olia University of Science and T echnology September ,2007V ol.26,N o.3

Ξ收稿日期:2007-03-11

作者简介:孙向明(1975-),男,内蒙古包头人,包头钢铁(集团)公司工程师,硕士1

112　模型对带钢板形缺陷的简化处理

(1)以带钢上加温度载荷的方法,导致带钢不同

温度的纤维条在膨胀系数等于单位I U 大小(1×10-5mm )的前提下,具有不同的延伸长度(I U ),来模拟带钢板形缺陷1带钢板形缺陷分别假设为具有±20I U 的中浪、边浪、1/4浪和边中浪,具体的I U 分布情况见图2

1

图2　1/2带钢宽度的板形缺陷I U 分布

Fig.2　IU distribution of strip sh ape defect on the

position of 1/2in width

(2)ANSY S 热力耦合原理和方法1ANSY S 热分

析是基于能量守衡原理的热平衡方程,用有限元计算各结点的温度,并导出其它热物理参数;它提供了

3种热力耦合分析方法,即直接法、间接法和在结构应力分析中直接定义结点温度的方法,本文的分析采用了后者1

113　材料模型

材料的线膨胀系为1×10-5(1/℃

)1弹性模量:E =117×10111

泊松比:γ=012921

114　模型的约束和载荷的施加

(1)带钢的边界约束1每层被截取的带钢两边

节点上分别沿带钢圆周切线方向施加偶合约束(即各层被截取的带钢两边节点在该方向上的位移相同),同时在每层被截取的带钢两边节点上施加相同的单位张力;与卷筒上顶母线相接触的带钢横截面节点上施加x 轴的对称约束;带钢纵向中心施加对称于z 轴(辊轴线)的对称约束1

(2)卷筒的约束1作为刚性体的卷筒,在其pilot 节点上施加6个自由度固定约束(即卷筒固定不动)1

(3)带钢卷取过程载荷步的确定1每一层的卷

取分别定义一个载荷步,从内向外逐层定义,在计算

某一层时,所有外层单元利用ANSY S 的单元死活功能被杀死,本层及其内层单元被激活,由此模拟逐层卷取带钢的过程1

115　计算工况

仿真计算进一步取定带钢厚度为1mm ,工艺张力为35MPa ,材质为低碳钢(属性见模型的建立),温度分布为1/2曲线分布(见图2),对称温度分布下的温差分别为±20℃1这里只计算更常见的3种:中浪、边浪和1/4浪1

2　

仿真结果分析

本文分析中,板形缺陷是作为已知条件加到模型中去的,在工艺张力为35MPa 条件下,得到有限元计算的结果,其张力是在弹性变形条件下计算得到的1层间压力的方向为垂直于带卷层所形成的弧面上1经过对3种不同浪形的计算仿真得到各自的张力分布1图3为其中带钢板形缺陷为边中浪时的张力分布图1具体全部计算结果见图4,51

图3　带钢板形缺陷为边中浪时的张力分布图

Fig.3　T ension distribution of strip with central w ave

211　带钢板形缺陷对卷取张力分布的影响

带钢在卷取过程当中,随着带钢层数的增加,带钢板形缺陷对卷取张力的影响越来越小1在卷取的初期,带钢板形缺陷对卷取张力的影响最大,也就是带钢横向张力的分布最不均匀;但是,横向张力的分布不均的趋势可以反过来改善带钢板形缺陷I U 分布不均的现象;如此的一种良性循环,最终导致带钢板形的改善1从图4所列的计算结果可以定量地看出:张力分布不均度随着卷层的增加趋于减小,这有利于有浪形带钢平坦度的改善1

3

22孙向明等:带钢板形缺陷对卷取张力的影响