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一種涉及力學多參數(shù)變化的帶鋼拉伸彎曲矯直計算方法

專利號
CN119416590B
公開日期
2025-03-25
申請人
東北大學(遼寧省沈陽市和平區(qū)文化路三號巷11號)
發(fā)明人
李雪夢; 孫杰; 田寶錢; 丁成硯; 雷佳為; 鄭家娜; 彭文; 張殿華
IPC分類
G06F30/23; B21D1/05; B21C51/00; G06T17/20; G06F119/14
技術領域
帶鋼,矯直,應力,塑性,應力狀態(tài),拉伸,彎曲,雙側,狀態(tài),應變
地域: 遼寧省 遼寧省沈陽市

摘要

本發(fā)明提供一種涉及力學多參數(shù)變化的帶鋼拉伸彎曲矯直計算方法,涉及矯直機領域。該方法綜合考慮待矯直帶鋼內部的初始應力情況以及帶鋼在拉伸彎曲矯直過程中出現(xiàn)的不同應力狀態(tài),建立不同應力分布狀態(tài)下帶鋼中性層的縱向應變與彎曲曲率的解析通式;在考慮帶鋼的板材強化及初始殘余應力情況下,建立不同塑性應力分布狀態(tài)下帶鋼的曲率解析通式;將帶鋼在不同彎曲輥組和矯直輥組下出現(xiàn)單側塑性應力狀態(tài)和雙側塑性應力狀態(tài)的不同情況疊加,建立帶鋼發(fā)生拉伸彎曲矯直過程中總殘余應變量的解析通式。本發(fā)明通過建立帶鋼拉伸彎曲矯直計算方法,準確掌握帶鋼在拉伸彎曲矯直過程的變化規(guī)律,以減少帶鋼缺陷,提高帶鋼質量。

說明書

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[0064] 圖4為本實施例提供的帶鋼進行拉伸彎曲矯直過程時出現(xiàn)雙側塑性應力分布狀態(tài)的變化圖,其中(a)為待矯直帶鋼未進入工作輥;(b)為帶鋼剛進入工作應力狀態(tài)圖;(c)為帶鋼發(fā)生彈性變形,還未發(fā)生塑性變形應力狀態(tài)圖;(d)為帶鋼中性層還未發(fā)生塑性變形應力狀態(tài)圖;(e)為帶鋼壓縮區(qū)發(fā)生塑性變形應力狀態(tài)圖; [0065] 圖5為本實施例提供的帶鋼單側塑性應力分布圖; [0066] 圖6為本實施例提供的帶鋼雙側塑性應力分布圖; [0067] 圖7為本實施例提供的帶鋼“兩彎一矯”拉伸彎曲矯直過程有限元模型圖; [0068] 圖8為本實施例提供的考慮初始殘余應力板材和未考慮初始殘余應力板材的帶鋼矯直后縱向應變對比圖。 具體實施方式 [0069] 下面結合附圖和實施例,對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明,但不用來限制本發(fā)明的范圍。 [0070] 本實施例中,所述涉及力學多參數(shù)變化的帶鋼拉伸彎曲矯直計算方法,如圖1所示,包括以下步驟: [0071] 步驟1:采集生產現(xiàn)場中待矯直帶鋼的相關參數(shù),包括幾何尺寸參數(shù)和拉伸彎曲矯直過程參數(shù); [0072] 所述幾何尺寸參數(shù)包括待矯直帶鋼的長度、寬度和厚度。所述拉伸彎曲矯直過程參數(shù)包括待矯直帶鋼的屬性參數(shù)和拉伸彎曲矯直機的相關參數(shù)。所述待矯直帶鋼的屬性參數(shù)包括楊氏模量、密度、屈服強度和切線模量。所述拉伸彎曲矯直機的相關參數(shù)包括工作輥直徑、長度和各工作輥組的相對位置參數(shù)。 [0073] 本實施例中,待矯直帶鋼為雙線性隨動硬化材料,長度為13000mm、寬度為1060mm、 3 5 厚度為3mm、密度為7850kg/m 、彈性模量為2.1×10MPa、屈服強度為215MPa、切線模量為 610MPa、泊松比為0.3。 [0074] 步驟2:依據(jù)帶鋼所受外力和內力平衡原理,分別計算帶鋼在拉伸彎曲矯直過程中橫截面出現(xiàn)單側塑性應力分布狀態(tài)和雙側塑性應力分布狀態(tài)下中性層的縱向應變,建立不同應力分布狀態(tài)下帶鋼中性層的縱向應變與彎曲曲率的解析通式; [0075] 步驟2.1:將帶鋼視為線性強化彈塑性材料,根據(jù)帶鋼在拉伸彎曲矯直過程中橫截面上應力分布狀態(tài)判斷帶鋼橫截面應力分布狀態(tài)屬于單側塑性應力分布狀態(tài)或雙側塑性應力分布狀態(tài); [0076] 現(xiàn)有的帶鋼拉伸彎曲矯直研究大多基于理想彈塑性材料,而實際加工板材中絕大部分的帶鋼可以看作是線性強化彈塑性材料,其應力應變曲線如圖2所示,本發(fā)明針對線性強化彈塑性材料的拉伸彎曲矯直過程進行分析,為帶鋼應力,為帶鋼應變, 為帶鋼屈服應力,為帶鋼屈服應變,OA1段為彈性階段,應力應變?yōu)榫€性增長關系,當帶鋼所受應力達到屈服應力后,帶鋼進入塑性變形階段,即A1A2段。單側塑性應力分布是指帶鋼截面只有一側進入塑性狀態(tài),另一側仍處于彈性狀態(tài);而雙側塑性應力分布則是截面兩側都進入了塑性狀態(tài)。本實施例中,帶鋼帶鋼進行拉伸彎曲矯直過程時出現(xiàn)單側塑性應力分布狀態(tài)的變化如圖3所示,帶鋼進行拉伸彎曲矯直過程時出現(xiàn)雙側塑性應力分布狀態(tài)的變化如圖4所示,帶鋼單側塑性應力分布如圖5所示,帶鋼雙側塑性應力分布如圖6所示。 [0077] 步驟2.2:基于帶鋼內外力平衡方程,對帶鋼進行拉伸彎曲矯直過程中出現(xiàn)的單側塑性應力分布狀態(tài)的解析機理進行分析,得到單側塑性應力分布狀態(tài)下帶鋼中性層的縱向應變 ; [0078] 根據(jù)帶鋼矯直過程出現(xiàn)的單側塑性應力分布狀態(tài),建立帶鋼所受外力和內力相平衡方程,如公式(1)所示: [0079] (1) [0080] 其中,表示帶鋼長度方向坐標,表示帶鋼寬度方向坐標,表示帶鋼厚度方向坐標,E為帶鋼的彈性模量,E1為帶鋼的強化模量,為帶鋼厚度, 為帶鋼出現(xiàn)單側塑性應力狀態(tài)的彈性區(qū)域高度, 為帶鋼出現(xiàn)單側塑性應力狀態(tài)的中性層偏移量, 為帶鋼初始殘余應力, 為帶鋼張力, 為帶鋼屈服應力; [0081] 由公式(1)可得,帶鋼出現(xiàn)單側塑性應力狀態(tài)的中性層偏移量 ,如公式(2)所示: [0082] (2) [0083] 帶鋼出現(xiàn)單側塑性應力分布狀態(tài)下中性層的縱向應變 ,如公式(3)所示: [0084] (3) [0085] 其中, 為單側塑性應力狀態(tài)下中性層的曲率半徑; [0086] 步驟2.3:基于帶鋼內外力平衡方程,對帶鋼進行拉伸彎曲矯直過程中出現(xiàn)的雙側塑性應力分布狀態(tài)的解析機理進行分析,得到雙側塑性應力分布狀態(tài)下帶鋼中性層的縱向應變 ; [0087] 根據(jù)帶鋼矯直過程出現(xiàn)的雙側塑性應力分布狀態(tài),建立帶鋼所受外力和內力相平衡方程,如公式(4)所示: [0088] (4) [0089] 其中, 為帶鋼出現(xiàn)雙側塑性應力狀態(tài)的彈性區(qū)域高度, 為帶鋼出現(xiàn)雙側塑性應力狀態(tài)的中性層偏移量,帶鋼出現(xiàn)雙側塑性應力狀態(tài)的中性層偏移量 ,如公式(5)所示: [0090] (5)

權利要求

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其中,表示帶鋼長度方向坐標,表示帶鋼寬度方向坐標,表示帶鋼厚度方向坐標,E為帶鋼的彈性模量,E1為帶鋼的強化模量,為帶鋼厚度, 為帶鋼出現(xiàn)單側塑性應力狀態(tài)的彈性區(qū)域高度, 為帶鋼出現(xiàn)單側塑性應力狀態(tài)的中性層偏移量, 為帶鋼初始殘余應力, 為帶鋼張力, 為帶鋼屈服應力; 由公式(1)得,帶鋼出現(xiàn)單側塑性應力狀態(tài)的中性層偏移量 ,如公式(2)所示: (2) 帶鋼出現(xiàn)單側塑性應力分布狀態(tài)下中性層的縱向應變 ,如公式(3)所示: (3) 其中, 為單側塑性應力狀態(tài)下中性層的曲率半徑。 4.根據(jù)權利要求3所述的一種涉及力學多參數(shù)變化的帶鋼拉伸彎曲矯直計算方法,其特征在于,步驟2.3具體包括: 根據(jù)帶鋼矯直過程出現(xiàn)的雙側塑性應力分布狀態(tài),建立帶鋼所受外力和內力相平衡方程,如公式(4)所示: (4) 其中, 為帶鋼出現(xiàn)雙側塑性應力狀態(tài)的彈性區(qū)域高度, 為帶鋼出現(xiàn)雙側塑性應力狀態(tài)的中性層偏移量,帶鋼出現(xiàn)雙側塑性應力狀態(tài)的中性層偏移量 ,如公式(5)所示: (5) 由公式(5)得,帶鋼出現(xiàn)雙側塑性應力分布狀態(tài)下中性層的縱向應變 如公式(6)所示: (6) 其中, 為雙側塑性應力狀態(tài)下中性層的曲率半徑。 5.根據(jù)權利要求4所述的一種涉及力學多參數(shù)變化的帶鋼拉伸彎曲矯直計算方法,其特征在于,步驟3所述多力學參數(shù)包括帶鋼張力、帶鋼初始殘余應力、拉伸層表面應力和壓縮層表面應力。
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