發(fā)布時間：2019-05-09 08:19

【摘要】：軋制是薄板生產(chǎn)的一種重要方法,其最終產(chǎn)品冷軋薄板被廣泛應用于電力、汽車、建筑、產(chǎn)業(yè)設(shè)備等各個國民生產(chǎn)的關(guān)鍵領(lǐng)域,其技術(shù)和產(chǎn)量已經(jīng)成為衡量一個國家工業(yè)化進程的重要指標。生產(chǎn)中帶鋼材料不可避免的存在各種缺陷(如夾雜、孔洞、裂紋等),缺陷在冷軋過程中承受巨大的塑性變形而擴展,將造成帶鋼的質(zhì)量下降或邊部開裂,嚴重情況下還會引起帶鋼的斷帶,影響生產(chǎn)的連續(xù)性,降低生產(chǎn)效率,甚至還會對生產(chǎn)設(shè)備造成損壞。由于軋制過程中在軋制變形區(qū)內(nèi)金屬材料處于非常復雜的應力狀態(tài),目前國內(nèi)外對于軋制工藝條件下帶鋼材料的損傷和斷裂機理的理論研究還非常薄弱,缺乏完整的理論體系。因此開展對帶鋼在軋制過程中的損傷和斷裂機理的研究,不僅具有一定的理論創(chuàng)新性,同時對預防和控制軋制過程中邊裂和斷帶具有非常重要工程實用價值。本文首先通過理論推導的方法,分析了軋制過程中帶鋼在軋制變形區(qū)內(nèi)的應力分布規(guī)律�？紤]軋制過程中應力分布的邊部效應,將軋制變形區(qū)從寬度方向分為中部區(qū)域和兩個邊部區(qū)域,邊部區(qū)域根據(jù)金屬材料的流變狀態(tài)又分為停滯過渡區(qū)和完全滑動區(qū),建立了整個軋制變形區(qū)內(nèi)的應力分布解析表達式。并討論了各個軋制參數(shù)對整個軋制變形區(qū)內(nèi)的應力分布的影響規(guī)律�；谲堉谱冃螀^(qū)的應力狀態(tài),提出采用剪切修正GTN損傷模型對軋制過程中帶鋼邊部的損傷與開裂行為進行數(shù)值仿真研究。推導了剪切修正GTN模型的損傷本構(gòu)方程及其數(shù)值算法,并編寫VUMAT材料子程序?qū)崿F(xiàn)損傷模型在ABAQUS\Explicit中的有限元運算。并給出了標定金屬材料關(guān)于剪切修正GTN模型損傷參數(shù)的一套方法。建立軋制過程有限元模型,基于剪切修正GTN損傷模型分析了帶鋼在軋制過程中的損傷演化及分布規(guī)律,結(jié)果表明軋制過程中帶鋼邊緣區(qū)域的損傷要明顯高于中部區(qū)域,這與實際生產(chǎn)中帶鋼容易出現(xiàn)邊部開裂的現(xiàn)象是吻合的。采用正交試驗分析的方法,研究了軋制半徑、壓下率、摩擦系數(shù)和張力等工藝參數(shù)對帶鋼邊部損傷值的影響規(guī)律。隨著軋制壓下率和軋制張力的增大,帶鋼邊部損傷值越大,而隨著軋輥半徑和摩擦系數(shù)的增大,損傷值會略有減小在帶鋼邊部預制缺陷,進行軋制實驗和有限元仿真分析,結(jié)果表明：含邊部缺陷帶鋼在軋制過程中容易在缺陷尖端沿45°和135°方向產(chǎn)生了兩條裂紋,且以135°位置的裂紋為主裂紋,擴展方向與軋制方向相反。主裂紋的擴展長度隨著壓下率和張力增大而增大,隨著軋輥半徑和摩擦系數(shù)的增大而減小。同時,分析了帶鋼邊部不同尺寸形式的V-型缺陷在多道次軋制過程中的變形和開裂行為,V-型缺陷的寬度越大,長度越小,軋制過程中缺陷尖端越不容易形成裂紋�；诩羟行拚鼼TN損傷模型對帶鋼軋制過程邊部缺陷開裂行為和機理的研究,提出了一種帶鋼邊部缺陷在軋制過程中的擴展準則。在準則中缺陷擴展的驅(qū)動力定義為缺陷尖端等效應力和靜水應力的加權(quán)組合形式,當組合應力和材料抗拉強度的比值大于1則認為材料失效。采用有限元模擬和數(shù)學回歸方法得到帶鋼邊部缺陷尖端的最大等效應力和靜水應力對工藝參數(shù)、材料力學屬性和缺陷尺寸等軋制參數(shù)的函數(shù)關(guān)系,建立了帶鋼邊部缺陷在以上軋制參數(shù)條件下的擴展判據(jù)的數(shù)學表達式。通過不同的軋制參數(shù)下的軋制實驗驗證了缺陷擴展判據(jù)的正確性,并最終給出軋制過程失效評定圖,指導軋制生產(chǎn)實踐。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：華東理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG335

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本文編號：2472611