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一種涉及力學(xué)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(xué)(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(shù)領(lǐng)域
帶鋼,矯直,應(yīng)力,塑性,應(yīng)力狀態(tài),拉伸,彎曲,雙側(cè),狀態(tài),應(yīng)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(xué)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(lǐng)域。該方法綜合考慮待矯直帶鋼內(nèi)部的初始應(yīng)力情況以及帶鋼在拉伸彎曲矯直過程中出現(xiàn)的不同應(yīng)力狀態(tài),建立不同應(yīng)力分布狀態(tài)下帶鋼中性層的縱向應(yīng)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(yīng)力情況下,建立不同塑性應(yīng)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(cè)塑性應(yīng)力狀態(tài)和雙側(cè)塑性應(yīng)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(yīng)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(zhì)量。

說明書

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[0091] 由公式(5)可得,帶鋼出現(xiàn)雙側(cè)塑性應(yīng)力分布狀態(tài)下中性層的縱向應(yīng)變 如公式(6)所示: [0092] (6) [0093] 其中, 為雙側(cè)塑性應(yīng)力狀態(tài)下中性層的曲率半徑。 [0094] 步驟3:在考慮帶鋼的板材強化及初始殘余應(yīng)力情況下,結(jié)合帶鋼的多力學(xué)參數(shù)進行彎曲曲率與彎矩求解,依據(jù)力矩平衡原理,建立不同塑性應(yīng)力分布狀態(tài)下帶鋼的曲率解析通式,其中,帶鋼的多力學(xué)參數(shù)包括帶鋼張力、帶鋼初始殘余應(yīng)力、拉伸層表面應(yīng)力、壓縮層表面應(yīng)力; [0095] 步驟3.1:結(jié)合帶鋼張力、帶鋼初始殘余應(yīng)力、拉伸層表面應(yīng)力、壓縮層表面應(yīng)力建立帶鋼出現(xiàn)單側(cè)塑性應(yīng)力狀態(tài)下的力矩平衡條件,如公式(7)所示: [0096] (7) [0097] 其中,為帶鋼的寬度, 為帶鋼出現(xiàn)單側(cè)塑性應(yīng)力狀態(tài)的彎矩,如公式(8)所示: [0098] (8) [0099] 由彎矩 與曲率公式,得到帶鋼出現(xiàn)單側(cè)塑性應(yīng)力狀態(tài)的曲率 ,如公式(9)所示: [0100] (9) [0101] 其中,為帶鋼截面的慣性矩; [0102] 步驟3.2:結(jié)合帶鋼張力、帶鋼初始殘余應(yīng)力、拉伸層表面應(yīng)力、壓縮層表面應(yīng)力建立帶鋼出現(xiàn)雙側(cè)塑性應(yīng)力狀態(tài)下的力矩平衡條件,如公式(10)所示: [0103] (10) [0104] 其中, 為帶鋼出現(xiàn)雙側(cè)塑性應(yīng)力狀態(tài)的彎矩,如公式(11)所示: [0105] (11) [0106] 由彎矩 與曲率公式,得到帶鋼出現(xiàn)雙側(cè)塑性應(yīng)力狀態(tài)的曲率 ,如公式(12)所示: [0107] (12)。 [0108] 步驟4:結(jié)合步驟2和步驟3,將帶鋼在不同彎曲輥組和矯直輥組下出現(xiàn)單側(cè)塑性應(yīng)力狀態(tài)和雙側(cè)塑性應(yīng)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的總殘余應(yīng)變量的解析通式: [0109] 步驟4.1:由步驟2.2帶鋼出現(xiàn)單側(cè)塑性應(yīng)力狀態(tài)的中性層縱向應(yīng)變 和步驟3.1帶鋼單側(cè)塑性應(yīng)力狀態(tài)的曲率 ,得到帶鋼在壓縮區(qū)不發(fā)生塑性變形,即出現(xiàn)單側(cè)塑性應(yīng)力狀態(tài)時,帶鋼發(fā)生一次拉伸彎曲矯直過程的殘余應(yīng)變量 ,如公式(13)所示: [0110] (13) [0111] 其中, 為帶鋼出現(xiàn)單側(cè)塑性應(yīng)力狀態(tài)時卸載后彈性恢復(fù)的彈復(fù)應(yīng)變; [0112] 當(dāng)發(fā)生多次此類拉伸彎曲矯直時,帶鋼發(fā)生多次拉伸彎曲矯直過程的殘余應(yīng)變量如公式(14)所示: [0113] (14) [0114] 其中,為此類拉伸彎曲矯直發(fā)生次數(shù); [0115] 步驟4.2:由步驟2.3帶鋼出現(xiàn)雙側(cè)塑性應(yīng)力狀態(tài)的中性層縱向應(yīng)變 和步驟3.2帶鋼出現(xiàn)雙側(cè)塑性應(yīng)力狀態(tài)的曲率 ,得到帶鋼在壓縮區(qū)發(fā)生塑性變形,即出現(xiàn)雙側(cè)塑性應(yīng)力狀態(tài)時,帶鋼發(fā)生一次拉伸彎曲矯直過程的殘余應(yīng)變量 ,如公式(15)所示: [0116] (15) [0117] 其中, 為帶鋼出現(xiàn)雙側(cè)塑性應(yīng)力狀態(tài)時卸載后彈性恢復(fù)的彈復(fù)應(yīng)變; [0118] 當(dāng)發(fā)生多次此類拉伸彎曲矯直時,多次拉伸彎曲矯直過程的殘余應(yīng)變量 如公式(16)所示: [0119] (16) [0120] 其中,為此類拉伸彎曲矯直發(fā)生次數(shù); [0121] 步驟4.3:由步驟4.1和步驟4.2,建立帶鋼在拉伸彎曲矯直過程中總殘余應(yīng)變量的解析通式,如公式(17)所示: [0122] (17)。 [0123] 根據(jù)步驟4.3推導(dǎo)出的解析機理公式,建立帶鋼“兩彎一矯”拉伸彎曲矯直過程的三維有限元仿真模型進行模型驗證,如圖7所示。本實施例中,帶鋼材料選擇線性強化彈塑 3 5 性材料,密度為7850kg/m 、彈性模量為2.1×10 MPa、屈服強度為215MPa、切線模量為 610MPa、泊松比為0.3,此處帶鋼參數(shù)選擇與步驟1中數(shù)據(jù)一致,以保證模擬參數(shù)與解析參數(shù)的一致性。在Abaqus軟件中建立帶鋼的拉伸彎曲矯直整過程有限元模型,對所建立模型進行網(wǎng)格劃分,劃分網(wǎng)格時,采用SOLID164單元,六面體網(wǎng)格,采用掃掠模式生成網(wǎng)格;定義接觸類型為自動型面?面接觸;對帶鋼、彎曲輥、矯直輥(上)、矯直輥(下)和導(dǎo)向輥進行位移和速度約束,保證帶鋼能按規(guī)定路線通過拉伸彎曲矯直過程。 [0124] 根據(jù)帶鋼的拉伸彎曲矯直過程的有限元模型進行結(jié)果分析,帶鋼無初始缺陷和有初始邊浪缺陷進行拉伸彎曲矯直過程的歷程變化如圖8所示,有初始浪形缺陷的帶鋼在缺陷處的縱向應(yīng)變小于無初始浪形缺陷處的縱向應(yīng)變,且初始平直度越大,二者縱向應(yīng)變的差值越大,這表明拉伸彎曲矯直機通過增大較短帶鋼纖維的縱向延伸縮短帶鋼纖維之間的長度差,從而消除浪形缺陷,改善帶鋼板形。 [0125] 最后應(yīng)說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案,而非對其限制;盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對前述實施例所記載的技術(shù)方案進行修改,或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換;而這些修改或者替換,并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明權(quán)利要求所限定的范圍。

權(quán)利要求

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