金属复合板轧制力计算模型及其软件开发

为了更准确地分析金属复合板的轧制力,基于奥罗万理论对轧制变形区进行了简化分析。根据受力分析建立了轧制力平衡微分方程,进而推导出了金属复合板轧制力计算模型。利用Abaqus有限元分析软件对铜/铝复合板轧制过程进行了模拟,并设计了相应的复合板轧制实验,将模拟和实验得到的计算数据与模型的计算结果进行了对比,得到轧制力的计算结果误差小于10%。因此,该计算模型具有较高的精度,可以满足工程实践要求。根据该轧制力计算模型开发了一款便于人机交互的计算软件,使得轧制力计算模型更具有实用性。该计算模型和软件便于工厂的在线应用,提高了金属复合板的生产效率,保证了复合板的生产质量。

二十辊轧机辊系耦合振动特性及振动控制

精密极薄带因具备高精度、耐腐蚀、优异表面光洁度等性能,被广泛应用于微制造、微电子等高技术领域。二十辊轧机辊系的耦合振动对极薄带的生产有着重要的影响。考虑到轧制工艺和润滑状态等变化形成非线性轧制界面,建立了一种二十辊轧机辊系耦合动力学模型。应用多尺度法求解主共振和内共振的幅频特性方程,分析了不同参数对幅频特性曲线的影响。基于奇异性理论探究了不同参数与系统分岔的关系。同时,根据李雅普诺夫一次近似稳定性判据,结合系统动相平面相轨迹图,对系统稳定性进行判断分析。然后,基于Washout filter控制器原理设计了一种状态反馈控制器,通过对系统进行状态空间表达式变换,分析了控制增益对幅频特性的影响。利用时域图、相位图、频谱图以及Poincaré截面图进行仿真对比,验证了所设计控制器的可行性和有效性,为二十辊轧机振动及其控制的研究提供了一定的理论指导。

基于平均法的余弦激励分数阶振子系统动力学分析

提出了一种求解余弦激励下分数阶振子系统位移响应的解析和数值算法。其中解析方法是用平均法来求出系统的稳态响应解和瞬态响应解,总位移响应解即为稳态解和瞬态解的总和。提出一种数值方法,利用Grunwald-Letnikov分数阶导数的定义将系统中的分数阶微分项进行离散化处理,降低了原系统阶数。在一般的周期激励下,系统的近似响应解可以采用傅里叶级数展开法和线性系统叠加原理得到。最后,利用数值模拟对所提方法的有效性和可行性进行了验证,并对分数阶阶次、线性阻尼系数和分数阶导数系数对系统稳态响应振幅和总位移响应的影响进行了分析。

基于梯度下降的串联机械臂逆运动学求解

将梯度下降法用于机械臂的逆运动学求解,解决了不同自由度串联机械臂逆运动学求解的问题;将求解过程中间解利用起来,在保证了系统性能的同时,完成了轨迹规划任务;针对使用梯度下降得到的轨迹较差的问题,采用改进的梯度下降对轨迹进行了优化。用OpenGL和C++搭建了仿真平台,对六自由度和七自由度机械臂进行了仿真,算法收敛精度可达到0.01 mm,实验结果表明将梯度下降用于机械臂逆运动学求解具有实用性。

薄带短流程无头连铸连轧组织演变 预测模型及其软件开发

为了准确预测薄带短流程无头连铸连轧产线上轧制过程中轧件组织的演变过程,结合薄带无头连铸连轧产线的轧制设备和生产工艺特点,基于热传导理论构建了适用于薄带无头连铸连轧轧制全流程的板带温度场模拟系统;在此基础上,利用JMAK模型并耦合温度演变,建立了一种适用于薄带无头连铸连轧产线的组织演变预测模型。进而采用Python和PyQt工具,开发了一款面向用户、便于人机交互的软件,实现该组织演变预测模型的应用。通过将模型计算结果与生产现场的实测数据进行对比验证,结果表明所构建模型对温度的预测误差不超过±5℃,对晶粒尺寸的预测精度不超过±3μm,满足无头连铸连轧产线的生产需求,为薄带无头连铸连轧轧制工艺的制定与优化提供了可靠的理论支持。

中国塑性成形技术和装备30年的重大突破与进展

1994以来的30年,在国家重大需求的强劲牵引下,我国塑性成形技术与装备取得举世瞩目的巨大成就,研制出一大批世界第一的成形装备,实现了三大技术跨越,形成了规模最大的研究队伍,我国塑性成形技术总体水平进入世界先进国家行列,多个单项技术和装备达到国际领先水平。选择了其中8项最具代表性成果,并介绍其在塑性工程理论和技术上取得的重大突破以及对国家重大装备研制的突出贡献,分析了我国塑性成形技术与国际领先水平的差距。最后对我国塑性成形技术发展将呈现出的“三超两高”五大发展趋势进行了展望。

客座主编寄语——《特种能场辅助成形专辑》

随着航空航天、交通运输等领域对高强轻质和安全性的持续需求,越来越多的高强材料如超高强度钢、轻合金、复合材料和金属间化合物等被应用于复杂构件。高强材料通常存在制造难度高、成形缺陷难控制的特性,而持续不断的研究证明特种能场辅助成形技术在突破高强难变形材料制造瓶颈方面具有明显优势。特种能场辅助制造即利用电场、电磁场、超声场和激光等特殊能量源,对零件变形成形过程进行有效调控,在宏观尺度下降低零件制造难度、提高成形精度、改善材料微观组织。

波纹轧制制备Cu/Al复合板的应力分析及显微组织演变

建立三维有限元模型,并通过50%压下量的轧制试验验证模型的准确性。从时间角度分析整个波纹轧制过程中金属的流动规律。金属经历的变形可以分为两个阶段:填充阶段和压下阶段。填充阶段应力变化较为复杂,而压下阶段应力变化趋势一致。通过罗德参数和应力三轴度分析特征位置的应力状态,在开始变形时为两向拉应力一向压应力。采用EBSD技术分析Cu板的显微组织演变过程。与原始板材相比,铜板各特征位置晶粒均发生细化,而Cu板波谷处晶粒在发生细化后有长大的现象,这是由剧烈塑性变形产生的绝热温升现象造成的。

大厚比Al/Mg/Al层合板的热轧工艺与性能

通过热轧工艺制备初始厚度比(单层镁初始厚度与单层铝初始厚度的比值)为5~40的Al/Mg/Al层合板。采用模拟和实验相结合的方法研究初始厚度比对Al/Mg/Al层合板的应力场、应变场、组织演变和性能的影响。结果表明,随着初始厚度比的增加,层合板的极限抗拉强度和屈服强度增加,界面结合强度和伸长率先增加后降低。当初始厚度比为20时,大厚比Al/Mg/Al层合板具有最佳的综合力学性能,界面结合强度(剥离强度)和伸长率达到最大值,其值分别为12.3 N/mm和23.32%。同时,从模拟和EBSD结果可以看出,当初始厚度比为20时,层合板的变形协调能力最好,铝侧织构转变为剪切织构。当初始厚度比达到40后,层压板的结合性能降低,镁合金的性能占主导地位。

Q235B+304薄内衬复合管对接焊缝组织与性能

针对复层无法单独施焊的0.6 mm+4.0 mm的Q235B+304薄内衬复合管,采用过渡层+两层盖面层的3道次焊接方法及钨极氩弧焊(TIG),分别采用常用的ER309L焊丝、ERNiCrMo-3镍基合金焊丝及带药皮的TGF309L焊丝进行过渡层的焊接,采用ER70S-6焊丝进行盖面层焊接,设计了3种焊接方案,对焊接接头进行了显微组织分析、拉伸、硬度测试,重点分析过渡层焊缝性能,验证采用过渡层+两层盖面层的3道次焊接方法对薄内衬复合管进行焊接的可行性,并对3种过渡层焊材的焊接接头性能进行比较。结果表明,3种焊接方案的焊缝成形良好,3种过渡层焊材与复合管之间均具有良好的焊接性;采用ER309L和TGF309L焊丝的过渡层焊缝为奥氏体加少量蠕虫状铁素体组织;采用ERNiCrMo-3焊丝的过渡层焊缝由细小的富镍奥氏体等轴晶及晶间组织构成;采用ER70S-6焊丝的盖面层焊缝为板条状马氏体组织。3组焊接接头抗拉强度均达到复合管基层母材基本要求,基层母材-过渡层焊缝的熔合线附近均会由于发生碳迁移导致局部硬度增大,这是接头的薄弱环节。

过渡层焊材选型对薄内衬304/Q235B复合管焊后耐蚀性影响

薄内衬双金属复合管受管壁厚度影响,无法对内衬层进行单道次焊接。文中对内衬层304厚度0.6 mm,基层Q235B厚度4.0 mm的双金属复合管,采用钨极氩弧焊及过渡层+基层2层3道次的焊接方法,选用ER309L焊丝、 TGF309L焊丝及ERNiCrMo-3焊丝进行过渡层的焊接,选用ER70S-6焊丝进行基层焊接,设计了3种焊接方案,对焊接接头进行了显微组织和耐蚀性能分析,重点分析不同过渡层焊材的选取对焊接接头耐蚀性能的影响。结果表明,3种焊接方案的焊缝成形良好,选用ER309L和TGF309L焊丝焊接的过渡层焊缝显微组织致密,为奥氏体+少量蠕虫状铁素体,焊缝-母材合金元素过渡均匀,焊后接头自腐蚀电流较小;选用ERNiCrMo-3焊丝焊接其过渡层显微组织特点为镍元素不能充分扩散,在奥氏体中出现聚集现象,并伴有晶间组织,焊后接头钝化区间长度及击破电位较高,3组方案耐腐蚀性能均强于复合管母材。

新型滚切剪非对称曲柄机构原理

建立滚切剪空间剪切机构运动轨迹方程,在滚切模拟基础上,以采用非对称新型结构的某大型钢铁有限公司3000 mm单轴双偏心定尺滚切剪为计算模型,对非对称前后的钢板剪切力、连杆力、连杆水平分力进行分析对比,并推导非对称公式。非对称曲柄结构能够降低滚切过程中的连杆水平分力,增大最大剪切力时刻连杆的有效驱动力,降低刀弧对钢板刃口的挤压。理论分析结果及现场钢板剪切质量表明:非对称结构是提高剪切机剪切能力、降低剪刃磨损、提高刀片寿命、提高剪切质量的重要手段。

油膜轴承锥套过盈装配过程中的压力分布及损伤

针对1580 PC热板带连轧机油膜轴承在装拆与使用过程中的锥套损伤问题,建立锥套装配的边界元力学模型及边界条件。利用三维弹塑性接触问题边界元法定量分析轧机油膜轴承锥套与轧辊辊颈过盈装配过程中的变形和载荷特性,通过设定不同加载模型的参数,对锥套装拆过程进行数值模拟。讨论油膜轴承偏载时锥套接触应力和变形对锥套与辊颈损伤的影响,得出装拆过程中不同胀型压力和轴向推力条件下的应力和应变变化规律,找出导致锥套损伤的根本原因,给出防止锥套与辊颈装配过程损伤的具体改进措施。利用制造出的两台轧机油膜轴承样机试验验证理论分析结果的正确性,并且找到油膜轴承损伤的根本原因。

复合板轧制压下率对碳钢组织及相变的影响

研究热轧压下率对Q235A碳钢与304不锈钢复合板中碳钢组织的影响。结果表明:珠光体数量随压下率增加而增多,分布更加均匀,先共析铁素体随压下率先增加后减小。轧制形变试样产生内应力促进奥氏体的共析转变;碳原子从被压碎的晶粒内部向外部扩散,导致珠光体增加、先共析铁素体减少。轧制后晶粒细化及析出均匀的碳化物使材料抗拉强度提高。

宝钢2050mm轧机组合轴承载荷特性的边界元法解析及试验研究

利用三维接触问题的边界元法对宝钢 2 0 5 0mm精轧机工作辊组合轴承载荷分布进行了全面研究 ,给出了分析计算轧机多列滚动轴承载荷分布的新方法 ,该方法与试验结果有很好的一致性。

制坯工艺对热轧不锈钢/碳钢复合板复合效果的影响

采用真空电子束焊接、界面四周焊合抽真空和界面四周焊合3种工艺制备不锈钢/碳钢复合板坯并热轧,研究了不同制坯工艺下复合板复合界面的组织结构及其性能。结果表明,利用真空电子束焊接和界面四周焊合抽真空两种方式制备的复合板坯经热轧后能100%复合,而通过界面四周焊合方式制备的复合板坯在热轧后界面结合率较低。对3种工艺下成功复合的部位,其复合界面形貌相似,即界面都较平直,且都存在不锈钢、碳钢和复合层3个区域以及近复合层碳钢内的脱碳区,靠近不锈钢侧也都间断分布着Si-Mn等的氧化物。真空电子束焊接和界面四周焊合抽真空两种方式制备的坯料在热轧后碳钢与不锈钢之间都实现了较高强度的复合,并且真空电子束焊接坯料热轧复合板的强度值都略高于界面四周焊合抽真空复合板的。

液压双边滚切剪非线性系统稳定性分析

双边剪机械动力学与液压动力学的耦合作用以及上刀架与液压缸之间的位置反馈,都是系统不稳定的因素.在这个模型中,所有的不稳定因素都来自于液压油的控制.通过采用非对称阀控制非对称缸的方法建立液压系统的数学模型,得到了伺服液压缸压力、流量的非线性状态方程,并利用李雅普诺夫稳定性判据分析了四缸耦合的非线性系统的稳定性.通过采集现场实验数据表明:四缸运动轨迹可以较好地按照既定轨迹运动,验证了此方法可以满足现场的实际需求.

宏微观跨尺度下的锥套运行力学机理研究

为揭示薄壁锥套在运行过程中产生损伤的运行力学机理,提高其运行可靠性,提出一种用于解决具有宏微观跨尺度问题和大规模非线性接触问题的流固耦合方法。通过对薄壁锥套和轧辊所形成的固体域进行三维静电多极离散,采用改进后的Krylov子空间广义极小残值法(GMRES(m))对其进行优化迭代。其中,弹性摩擦接触域进行点面接触非线性数学规划,耦合界面处采用非匹配网格数,并对微米级油膜进行弹性润滑解析和无厚度处理,同时引入Lagrange族内插函数,建立薄壁锥套在宏微观跨尺度下的运行力学模型。通过薄壁锥套运行力学机理试验,验证计算方法在揭示薄壁锥套运行力学行为的正确性。结果表明,薄壁锥套在运行过程中的油膜力场和接触应力场呈三维动态非均匀分布,在复杂交变力场作用下,位于薄壁锥套两端密封槽处的应力奇异性是造成其发生粘结、断裂等破坏的力学原因。在设计阶段必须考虑轧制工况状态,通过设计合适的过盈量和锥套厚度来减小疲劳损伤,提高可靠性。

中厚板矫直过程中的中性层偏移规律分析

为了提高中厚板矫直过程中矫直力的精度,对中厚板矫直机矫直过程中的中性层偏移规律进行了系统分析,推导出中性层偏移计算公式。中性层偏移公式说明,在矫直过程中,中性层偏移受弹区比和偏移系数的影响较大,故本文以40mm板厚矫直过程为例,分析了弹区比和偏移系数对中性层偏移及弯曲力矩的影响,并做了误差对比分析。研究结果表明：当弹区比在15%~40%时,矫直效果最佳,在这个范围内,由于中性层偏移造成的误差达到了10.09%。因此,在辊式矫直过程中,为得到更精确的弯曲力矩和矫直力,中性层偏移量是不可忽略的影响因素。

大型轧机油膜轴承锥套损伤问题研究

利用弹塑性接触问题边界元法分析了轧机油膜轴承锥套与轧辊辊颈装配过程中的变形和载荷特性,讨论了接触应力和变形对锥套与辊颈损伤的影响,给出了防止锥套与辊颈装配过程损伤的具体改进措施。最后通过实验验证了理论分析结果和改进方案的正确性。