【摘要】：中厚鋼板是重要的鋼材品種之一,多用于高壓容器、大型艦船、大直徑輸油氣管線、大橋橋架、高層建筑等對(duì)鋼材性能要求高的重要地方,是國(guó)防、交通運(yùn)輸、建筑設(shè)施等國(guó)家安全、國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中不可或缺的重要基礎(chǔ)材料。隨著社會(huì)現(xiàn)代化生產(chǎn)、制造的需要以及控軋控冷技術(shù)的廣泛使用,在品種規(guī)格趨于多樣化的同時(shí),對(duì)具有較好平直度、極小內(nèi)應(yīng)力的要求也越來(lái)越高。因此,為了減小內(nèi)應(yīng)力、改善內(nèi)應(yīng)力分布、確保中厚板產(chǎn)品滿足平直度標(biāo)準(zhǔn)的高精度要求,矯直是中厚板生產(chǎn)過程中一道必不可少的重要工序。本文針對(duì)板材的平行輥式矯直過程,旨在提供一個(gè)兼具矯直理論解析計(jì)算快捷性和有限元數(shù)值計(jì)算完備性的數(shù)值計(jì)算方法。根據(jù)板材的幾何特性及其在矯直過程中的彈塑性變形特點(diǎn),建立了基于有限條法的板材平行輥式數(shù)值計(jì)算體系。根據(jù)薄板大撓度屈曲理論和最小勢(shì)能原理,建立了基于翹曲幾何參數(shù)的反解計(jì)算模型,研究了通過表征翹曲程度的少數(shù)幾個(gè)宏觀幾何尺寸即可求解出殘余應(yīng)變分布形式的方法。通過實(shí)測(cè)的翹曲幾何參數(shù)和預(yù)設(shè)撓曲函數(shù),對(duì)引起邊部翹曲、中部翹曲等典型的翹曲缺陷的殘余應(yīng)變(應(yīng)力)進(jìn)行求解,并與實(shí)測(cè)值進(jìn)行了對(duì)比。建立了滿足條單元簡(jiǎn)支端和自由端邊界條件的B樣條位移函數(shù),在位移函數(shù)的基礎(chǔ)上,建立了應(yīng)力應(yīng)變矩陣、條單元?jiǎng)偠染仃嚭徒Y(jié)線等效載荷列陣。分析了結(jié)點(diǎn)數(shù)和條單元數(shù)對(duì)計(jì)算規(guī)模和計(jì)算精度的影響。分析了B樣條有限條單元?jiǎng)偠染仃嚭涂倓偠染仃嚨挠?jì)算特點(diǎn)。分析了條單元結(jié)線結(jié)點(diǎn)數(shù)和條單元數(shù)目對(duì)總剛度矩陣稀疏程度的影響。重點(diǎn)推導(dǎo)了Ziegler隨動(dòng)強(qiáng)化平面應(yīng)力問題彈塑性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系矩陣。利用B樣條函數(shù)的特點(diǎn),推導(dǎo)了真實(shí)位移與廣義位移之間的關(guān)系矩陣以及在處理位移邊界條件時(shí)的計(jì)算方法。針對(duì)彈塑性本構(gòu)關(guān)系,推導(dǎo)了基于Zeigler隨動(dòng)強(qiáng)化準(zhǔn)則的應(yīng)力應(yīng)變更新隱式算法,給出了應(yīng)力增量和應(yīng)變?cè)隽康挠?jì)算公式。在待矯直板形缺陷計(jì)算、B樣條有限條法計(jì)算體系以及相關(guān)的數(shù)值計(jì)算方法的基礎(chǔ)之上,建立了連續(xù)矯直過程的彈塑性B樣條有限條法分析模型,并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析和工業(yè)數(shù)據(jù)驗(yàn)證。
[Abstract]:Medium and thick steel plate is one of the most important steel products. It is widely used in high pressure vessels, large ships, large diameter oil and gas pipelines, bridge bridges, high-rise buildings and other important places that require high steel performance. They are national defense, transportation and transportation. Construction facilities and other national security, national economic construction in the indispensable important basic materials. With the development of modern production, manufacture and wide use of controlled rolling and cooling control technology, the requirements of better flatness and minimal internal stress are becoming higher and higher while the variety specifications tend to be diversified. Therefore, in order to reduce the internal stress, improve the distribution of internal stress and ensure that the plate products meet the high precision requirements of flatness standard, straightening is an essential and important process in the production process of medium and thick plate. Aiming at the parallel roller straightening process of plate, this paper aims to provide a numerical calculation method with both the analytical calculation speed of straightening theory and the completeness of finite element numerical calculation. According to the geometric characteristics of sheet metal and its elastoplastic deformation in the straightening process, a numerical calculation system of plate parallel roller based on finite strip method is established. Based on the theory of large deflection buckling of thin plates and the principle of minimum potential energy, the inverse solution calculation model based on warpage geometric parameters is established. The method of calculating residual strain distribution by a few macroscopic geometric dimensions of warpage degree is studied. The residual strain (stress) of typical warping defects, such as edge warping and middle warpage, is solved by the measured geometric parameters and the preset deflection function, and the results are compared with the measured values. The B-spline displacement function satisfying the boundary conditions of simple support and free end of strip element is established. Based on the displacement function, the stress-strain matrix, stiffness matrix and equivalent load matrix are established. The influence of the number of knots and the number of bar cells on the calculation scale and accuracy is analyzed. The calculation characteristics of B spline finite strip element stiffness matrix and total stiffness matrix are analyzed. The effects of the number of nodes and the number of bar elements on the sparse degree of the total stiffness matrix are analyzed. The elastic-plastic stress-strain relation matrix of plane stress problem of Ziegler follow-up strengthening is derived emphatically. Based on the characteristic of B-spline function, the relation matrix between real displacement and generalized displacement is derived, and the calculation method of the displacement boundary condition is given. According to the elastoplastic constitutive relation, an implicit algorithm of stress-strain updating based on Zeigler's following strengthening criterion is derived, and the formulas of stress increment and strain increment are given. An elastic-plastic B-spline finite strip model for continuous straightening process is established on the basis of the calculation system of B-spline finite strip method and the related numerical method. The calculation results are analyzed and the industrial data are verified.
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TG306

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本文編號(hào)：2230131