近年來，隨著計(jì)算機(jī)硬件能力及軟件水平應(yīng)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(yīng)用。在熱軋鋼板生產(chǎn)中，隨著高強(qiáng)度用鋼需求量的不斷上升，板形缺陷成為主要的質(zhì)量問題。矯直是改善鋼板殘余應(yīng)力分布，使熱軋鋼板生產(chǎn)合乎平直度標(biāo)準(zhǔn)要求的一道必不可缺的重要工序。因此有必要對(duì)矯直工藝參數(shù)與鋼板殘余應(yīng)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(duì)比研究，而且矯直的中間狀態(tài)也無法取得。針對(duì)矯直工藝參數(shù)的變化以及鋼板初始狀態(tài)的不同，通過有限元軟件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(xiàn)熱軋鋼板產(chǎn)品質(zhì)量的提高。
1.幾何和計(jì)算模型的建立
模型結(jié)構(gòu)來源于厚板橫剪機(jī)組的精矯機(jī)，是9輥平行輥矯直機(jī)，矯直工作輥下輥有單獨(dú)調(diào)節(jié)功能，上輥升降為手動(dòng)，有彎輥的凸度調(diào)節(jié)。
2.矯直工藝模擬的結(jié)果分析
一般鋼卷打開后，除了在縱向上存在殘余應(yīng)力分布不均的問題，在鋼板橫斷面上也易出現(xiàn)殘余應(yīng)力分布不均的情況。當(dāng)鋼板在橫斷面上有應(yīng)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補(bǔ)償縱向纖維的長短不齊，達(dá)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(jī)橫向的凸度值調(diào)節(jié)也是改善鋼板殘余應(yīng)力分布的重要措施。當(dāng)板子邊部有浪形(存在壓應(yīng)力)，輥?zhàn)酉蛏咸穑恢胁坑欣?/span>時(shí)，輥?zhàn)觾蛇呄蛳拢胁刻稹＞唧w數(shù)值依靠鋼板原始彎曲浪形情況并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)得到。
3.不同矯直工藝參數(shù)的模擬結(jié)果比較
(1)沒有初應(yīng)力狀態(tài)的矯直工藝
為簡(jiǎn)化初始條件，采用沒有初應(yīng)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(yàn)按照不同矯直壓彎量的計(jì)算方法得到兩組參數(shù)變量。壓彎量不同，得到矯直后的鋼板內(nèi)應(yīng)力結(jié)果也有所不同，同時(shí)，各輥矯直力水平也不盡相同。
a.內(nèi)應(yīng)力分布比較。對(duì)于兩組壓彎值，選用鋼板中部的同一橫斷面上的單元節(jié)點(diǎn)來比較。從不同矯直工藝下的應(yīng)力分布曲線中可以知道，無論是內(nèi)應(yīng)力的分布還是數(shù)值上結(jié)果都是較好的。采用大變形線性遞減原則進(jìn)行的壓彎方式雖然矯直模擬后的殘余應(yīng)力分布也比較均勻，但是在數(shù)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(shù)值上結(jié)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(yàn)結(jié)果都表明輥縫值越小的輥?zhàn)映C直力越大。
(2)施加初應(yīng)力后矯直工藝
除了討論鋼板在矯直前無初應(yīng)力狀態(tài)的情況，為了結(jié)合實(shí)際，模型針對(duì)待矯鋼板的殘余應(yīng)力在縱向上分布不均的情況，模型中施加初應(yīng)力載荷進(jìn)行模擬試驗(yàn)。模擬殘余應(yīng)力的方法是在鋼板矯直前通過施加初應(yīng)力載荷的方式使鋼板縱向產(chǎn)生分布不均的殘余應(yīng)力。施加了初應(yīng)力載荷后，矯直前的內(nèi)應(yīng)力分布，即初應(yīng)力載荷沿鋼板縱向分布不均。板子前端存在較大的壓應(yīng)力，而中部是拉應(yīng)力，即整個(gè)鋼板在縱向存在著內(nèi)應(yīng)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，無論哪種壓彎方式，可以肯定的是鋼板縱向上壓應(yīng)力存在的部位趨于減少，轉(zhuǎn)變成與其他部位值相近的正應(yīng)力，鋼板縱向上的內(nèi)應(yīng)力分布不均在模擬矯直后有所改善。外觀上看鋼板也沒有出現(xiàn)浪形，已經(jīng)達(dá)到矯直的目的。就分布上來說兩種工藝參數(shù)矯直后的改善情況相當(dāng)，即增大壓彎量對(duì)降低殘余應(yīng)力值的大小有一定的作用，但是在改善應(yīng)力分布不均上的效果并不突出。
4.總結(jié)
(1)當(dāng)鋼板沒有施加初應(yīng)力載荷情況時(shí)，在矯直過程中鋼板表面都要經(jīng)過拉—壓—拉—壓—拉的反復(fù)彎曲過程。
(2)不同初始條件的模擬結(jié)果表明：在上矯直輥上增加凸度值對(duì)消除橫斷面上的內(nèi)應(yīng)力分布不均是非常有效的。結(jié)果中看出在板子中部存在的較大內(nèi)應(yīng)力已經(jīng)消失，并且邊部存在壓應(yīng)力的位置也都得到改善。(圖/文www.hseshg.com)