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铝热连轧跑偏和最佳张力制度的研究

作　者: 王晓崇
导　师: 刘义伦
学　校: 中南大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 变分法跑偏张力混合摩擦理论轧制力
分类号: TG339
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 120次
引　用: 2次
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内容摘要

“1+4”热连轧生产线是中国第一条具有国际先进水平的大型铝带热连轧生产线,它也是近10年来世界铝加工领域唯一新建的热连轧生产线。它的建设填补了我国铝加工业无热连轧技术的空白,对我国铝加工装备和技术的进步有着巨大的推动作用。但是精轧机组轧制中,时常出现随机跑偏,特别是轧制5mm以下薄料时更甚;轧制过程中,轧件跑偏会导致生产运行不稳定,直接影响轧制产量、成品质量、设备寿命等,在卷曲过程中出现跑偏同样也会影响轧制的正常运行,因此定量地研究跑偏问题具有一定的实际意义。首先本文利用变分法研究跑偏问题。其研究对象是轧制过程中整个轧制区的板带,以非对称函数拟合带材入、出口处横向厚度分布,同时引入跑偏的概念,利用最小能量原理,由欧拉微分方程求得非对称情况下出口处金属横向位移函数,从而计算了跑偏量,并且初步讨论了其变化规律。变分法在推导过程中为了求解的需要,对一些因素进行了合理的简化,这必然会影响到最终结果的精度。为克服这个问题,本文接下来尽可能考虑更全面的因素进行了详细的推导,同时结合了混合摩擦理论和塑性屈服条件。最终结果根据最小能量原理采用鲍威尔(Powell)优化方法求得出口横向位移函数的数值解。最后,本文根据上面推导的理论对“1+4”热连轧生产线进行了仿真,并将所得结果与实测结果及现有理论进行对比,从而验证本文理论的正确性。在此基础上研究张力对金属横向位移的影响,即通过改变前张应力、后张应力和张应力差的变化来讨论跑偏量和宽展量的变化规律,从而制定出合理的张力轧制制度,并且实际生产中使用的张应力值也在此范围内,因此可把它作为实际生产过程中调节张应力的参考依据。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-17
  1.1 课题研究的学术背景及项目来源  8-9
  1.2 跑偏研究现状及分析  9-13
    1.2.1 轧件跑偏产生的机理  9-11
    1.2.2 影响轧件跑偏的因素  11-12
    1.2.3 轧件跑偏的控制措施  12-13
  1.3 各研究方法的现状及分析对比  13-16
    1.3.1 变分法  13-14
    1.3.2 条元法  14-16
  1.4 课题研究内容及其意义  16-17
    1.4.1 研究内容  16-17
    1.4.2 研究意义  17
第二章非对称条件下变分法对跑偏的研究  17-29
  2.1 横向位移函数模型与变形速度  18-20
    2.1.1 变形区横向位移函数模型  18-19
    2.1.2 变形区内金属的变形速度  19-20
  2.2 前张力的横向分布  20-22
  2.3 板带轧制时的总变形功率  22-24
  2.4 求解欧拉微分方程  24-27
    2.4.1 带材出口横向位移函数的确定  24
    2.4.2 带材入口、出口横向厚度分布  24-26
    2.4.3 宽展量的确定  26
    2.4.4 跑偏量的确定  26-27
  2.5 算例及分析  27-28
  2.6 本章小结  28-29
第三章基于条元法对跑偏的研究  29-64
  3.1 横向位移函数与条元分割模型  29-33
    3.1.1 基本假设  29-30
    3.1.2 横向位移函数  30-31
    3.1.3 条元分割模型  31-33
  3.2 流动速度和应变速度  33-37
    3.2.1 变形区流动速度  33-35
    3.2.2 应变速度及剪应变速度强度  35-37
  3.3 前后张力的横向分布  37-40
  3.4 接触表面摩擦力  40-48
    3.4.1 接触表面的摩擦条件  40-43
    3.4.2 热轧摩擦系数的确定  43-47
    3.4.3 摩擦应力模型  47-48
  3.5 三向应力与轧制区模型  48-51
    3.5.1 变形区三向应力模型  48-49
    3.5.2 纵向平衡微分方程  49-51
  3.6 轧制区的摩擦条件和单位轧制力  51-55
    3.6.1 全滑动摩擦的轧制单位压力公式  51-53
    3.6.2 混合摩擦的轧制单位压力公式  53-55
  3.7 几个参数的确定  55-57
    3.7.1 板带厚度  55-56
    3.7.2 来料相对长度  56-57
    3.7.3 变形抗力与变形区长度  57
  3.8 节线出口横向位移的确定  57-62
    3.8.1 板带轧制时的变分原理  57-58
    3.8.2 条元法的功率泛函  58-59
    3.8.3 优化求解节线出口横向位移  59
    3.8.4 条元法的计算步骤  59-60
    3.8.5 Ganss-Legendre求积公式  60-61
    3.8.6 条元法中的分条  61-62
  3.9 本章小结  62-64
第四章对铝板带热连轧的仿真和最佳张力制度的研究  64-81
  4.1 变分法求解金属横向位移函数  64-69
    4.1.1 计算模型  64-65
    4.1.2 计算条件  65
    4.1.3 变形抗力试验  65-66
    4.1.4 计算结果  66-69
  4.2 条元法对铝热连轧机板带轧制的仿真  69-75
    4.2.1 基本假设条件  70
    4.2.2 计算条件  70-71
    4.2.3 仿真结果及对比  71-75
  4.3 铝热连轧机板带轧制最佳张力制度的建立  75
    4.3.1 计算方法和条件  75
  4.4 计算结果及分析  75-79
    4.4.1 前张应力对金属横向位移的影响  76-77
    4.4.2 后张应力对金属横向位移的影响  77
    4.4.3 同时改变前、后张应力对金属横向位移的影响  77-79
    4.4.4 三种结果对比及分析  79
  4.5 本章小结  79-81
全文总结及展望  81-83
  本文的主要创新性工作  81
  本文的主要结论  81-82
  展望  82-83
参考文献  83-87
致谢  87-88
攻读硕士学位期间的主要研究成果  88

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