近年來，隨著計算機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，但在實際生產(chǎn)中很難進(jìn)行這樣的對比研究，而且矯直的中間狀態(tài)也無法取得。針對矯直工藝參數(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，實現(xiàn)熱軋鋼板產(chǎn)品質(zhì)量的提高。
1.幾何和計算模型的建立
模型結(jié)構(gòu)來源于厚板橫剪機組的精矯機，是9輥平行輥矯直機，矯直工作輥下輥有單獨調(diào)節(jié)功能，上輥升降為手動，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，需要采取彎輥措施以增加局部變形的方法來補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)，輥子向上抬起；中部有浪時，輥子兩邊向下，中部抬起。具體數(shù)值依靠鋼板原始彎曲浪形情況并結(jié)合現(xiàn)場數(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。模擬實驗按照不同矯直壓彎量的計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，各輥矯直力水平也不盡相同。
a.內(nèi)應(yīng)力分布比較。對于兩組壓彎值，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有所不同。兩組模擬實驗結(jié)果都表明輥縫值越小的輥子矯直力越大。
(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)合實際，模型針對待矯鋼板的殘余應(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。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，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.n9955.com)