文档介绍：武汉科技大学
博士学位论文
基于热-力耦合的热轧板坯头部弯曲机理及其对策研究
姓名:熊智强
申请学位级别:博士
专业:机械设计及理论
指导教师:李友荣
2010-11-20
武汉科技大学博士学位论文第 I 页
摘要
轧件在轧制中由于边界条件及内部特性的不对称会向某个方向弯曲,这对轧件质量和
轧机受力都有一定的不良影响。本文基于热—力耦合有限元法和 RBF 神经网络技术对热粗
轧过程进行了仿真,发现了轧件弯曲的规律和机理,经与现场数据进行比对后确认了仿真
的可行性和可靠性。在仿真结果基础上,提出了现场工艺参数调整方案。
论文的主要创新性成果如下:
1)基于 RBF 神经网络技术和轧制力能参数计算理论,提出利用现场的轧制数据来提
取热轧工况下材料高温特性的方法,并利用获得的材料高温特性用于热轧仿真研究。而传
统的方法是利用高温实验获取材料在高温下的特性,但该方法有自身的局限性:①实验室
里试样小,冷却、升温都很快,很难保持稳定的高温状态;②材料的高温特性与其工作状
态有关,而实验室中的状态与实际轧制工况有差异,致使在实验室获取的材料特性与轧制
状态下的特性不能完全相匹配。提出的新方法弥补了在实验室中高温状况不容易保持,工
况与现场不一致的缺点,而且简单易行。
2) 采用刚塑性模型,通过热—力耦合有限元仿真,分析了轧制参数对轧件板头弯曲
量的影响规律。对与轧件板头弯曲有关的几种典型影响因素:轧件内温度分布不均匀、上
下轧辊辊面线速度差、轧制线高度、压下量、出口机架辊等与板头弯曲之间的关系进行了
深入研究。当轧件温度不均匀时,轧件向低温一侧弯曲;当上下辊辊面线速度不同时,轧
件向速度小的轧辊一侧弯曲;随着轧制线高度降低,轧件头部向上弯曲。获得了这几种因
素对轧件板头弯曲量的影响曲线。通过在某轧机上的试验,找出最佳的轧制参数搭配,改
善了轧件板头的弯曲状况。
3) 采用热—力耦合有限元仿真方法研究了热轧板侧弯的问题,确认由于温度分布不
均所导致的物理性质不对称是轧件弯曲的重要原因。在分析定宽机模具与轧件之间的摩擦
力对轧件侧弯影响的基础上,提出在定宽机高温侧模具上开槽以增大摩擦力的方法,以降
低因轧件内温度分布不均匀引起的轧件侧向弯曲量。轧件操作侧散热条件较好,其操作侧
的温度一般低于传动侧,因此在定宽机传动侧模具上开槽。这种方法已在某热轧生产线定
宽机上应用,效果良好。
4) 对机架辊在轧件弯曲中的作用进行了仿真研究,分析了轧件下叩对机架辊的冲击
和磨损,从而更准确地揭示了机架辊失效的原因。并且据此在实际机架辊制造中加强了其
表面硬度和耐磨性,提高了现场使用寿命,减少了停机检修时间。
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本文选择热—力耦合仿真技术对板头弯曲这一影响热轧板带质量和轧机寿命的重大
问题进行了研究。利用仿真结果从量化的视角对板头弯曲的机理和规律作了一定探索,通
过对各种影响因素的合理搭配来减少板头弯曲量,这一方法已应用于生产现场,效果良好。

关键词:轧件弯曲,有限元,热—力耦合,神经网络,机架辊
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Abstract
The workpiece will bend to one side in the asymmetry milling, which do harm to the
quality of the workpiece and the life of the mill. The mechanism and pattern of the bending of
workpiece is revealed from the modeling done to hot rolling based on the thermo-mechanical
FEM and RBF. The feasibility and the credibility of modeling have been confirmed with the
field data. The rolling parameters which do well to the milling have been adjusted based on the
modeling.
The innovational results of this work can be summarized as follows:
A method is proposed which extracts the deformation resistance of materials in h