Inconel690合金圆管挤压变形行为无网格法研究

针对Inconel690镍基高温合金圆管挤压变形过程,推导建立圆柱坐标系下无网格伽辽金(Element-free Galerkin,EFG)法的求解模型并编制软件程序,采用Gleeble-1500热模拟机试验建立Inconel690的本构模型,实现了对于Inconel690镍基高温合金圆管挤压变形行为的数值模拟。所开发的EFG方法,采用罚函数法施加本质边界条件,利用反正切摩擦模型计算边界摩擦力,应用Newton-Raphson迭代方法求解刚度方程。为了验证所建EFG方法及软件,通过多次随机选取变形区内若干节点,提取其速度场、等效应变速率和等效应力的计算值,并与相同工况下的DEFORM有限元计算结果进行对比,最大的相对差不大于8%;将仿真计算得到的稳态挤压力与某工厂同样工况条件下的挤压力实测值相比较,最大的相对差小于7%。运用所建立的EFG方法求解模型和软件,仿真研究Inconel690高温合金圆管挤压过程,求得稳态挤压力、速度场、等效应变速率场以及等效应力场,分析获得塑性变形区内金属变形规律;并以某工厂的挤压机为对象,以挤压力最小为优化目标,借助正交试验法设计模拟计算工况,得到了较优的挤压工艺参数。     

镀锡钢板表面光泽度轧制转印控制

三类高档冷轧钢板产品——印铁镀锡钢板、涂装汽车面板、装饰装潢钢板对视觉美观性的要求,关乎钢板表面微观形貌的光物理效应,具体表现为色彩特性、反光特性、粗细特性、映像特性、均匀特性和轮廓清晰度等。针对其中印铁镀锡钢板表面视觉美观性要求,将用户需求指标化并定量化镀锡钢板表面光泽度控制目标值,根据光泽度测量原理建立金属表面光泽度理论计算模型,并经批量工业生产试验实测数据验证光泽度理论模型的正确性后,研究揭示钢板表面微观形貌对表面光泽度的影响机制,获得钢板表面微观形貌参数R_a值和P_c值对表面光泽度的影响规律。应用光泽度计算模型将用户要求的光泽度控制目标进一步转化为镀锡钢板生产中可控的R_a值和P_c值的控制目标,并针对某条国内最先进DI材镀锡钢板连续生产线,研究提出镀锡钢板表面光泽度控制的工艺方法和技术,投入长期生产稳定使用后使产品的光泽度质量完全满足了用户的严格要求,创造了显著的经济和社会效益。     

非光滑带钢在粗糙轧辊平整轧制过程中表面微观形貌的转印行为与演变规律

针对平整轧制过程不同用途带钢对表面微观形貌的特殊要求,在批量跟踪电火花毛化轧辊、磨削轧辊和冷轧后带钢表面微观形貌的基础上,建立工作辊与带钢都可考虑真实表面粗糙峰的带钢表面微观形貌轧制转印生成模型,采用工业实验验证了仿真模型的准确性,并据此模型分析轧制前带钢已经具有表面粗糙度分别大于、等于、小于轧辊表面粗糙度时,带钢表面微观形貌的轧制转印行为与遗传演变规律。提出了负转印和转印饱和的概念,定义了两种极限轧制转印状态的描述指标— —负转印最大和转印饱和,研究发现当带钢表面粗糙度小于或等于轧辊表面粗糙度时,存在负转印最大点和转印饱和点;当带钢表面粗糙度大于轧辊表面粗糙度时,负转印最大点和转印饱和点重合。在此基础上,采用负转印最大点与转印饱和点对应的临界板宽轧制力,描述带钢表面微观形貌的遗传及演变规律,并系统仿真分析带钢屈服强度、带钢轧前表面粗糙度、轧辊表面粗糙度等工艺条件参数对于负转印最大点与转印饱和点对应的临界单位板宽轧制力的影响规律,发现随着带钢屈服强度增大和轧辊表面粗糙度增加,该临界单位板宽轧制力均增大;随着带钢表面粗糙度增大,负转印最大点对应的临界单位板宽轧制力增大,但转印饱和点对应的临界单位板宽轧制力却减小。      

钢板残余应力盲孔测量法试验及应用

盲孔法为目前应用最为广泛的金属结构残余应力测量方法. 为了在薄钢板残余应力检测时更合理使用盲孔法并获得最好的测量精度,设计制作钢板试样在拉伸(压缩)试验机上施加拉力或者压力,使用盲孔法重复测量钢板内应力多次并与其理论值进行比较,分析测量的准确性和重复性. 结果表明,最小可稳定感知的拉伸和压缩应力都大约为1 MPa,在各应力水平下测量值都存在一定大小的偏差和分散性. 随着拉应力的增大,测量的准确度和重复性也都提高,并在大于60 MPa以后趋于稳定;随着压应力绝对值的增大,测量的准确度和重复性也都提高,并在大于35 MPa之后达致稳定;当应力水平在?10 ~ 25 MPa之间时,测量的准确度和重复性都较差. 建立测量精度补偿修正模型,经过修正后盲孔法对于高应力(拉应力大于25 MPa,压应力小于?10 MPa)水平的测量准确度都可以显著提高;但对于低应力(拉应力小于25 MPa,压应力大于?10 MPa)水平的测量准确度与重复性仍都较低,建议在实际使用中通过增加测量次数以保证测量结果可信度. 将所建立的测量精度修正方法用于针对某公司热轧汽车大梁钢板分条前钢板残余应力的实际测量,测量发现产生分条翘曲缺陷的热轧钢板都存在横向残余应力大于纵向残余应力的现象,为研究分条翘曲问题提供了支撑.     

金属轧制复合过程微观变形行为的分子动力学建模及研究

基于分子动力学方法研究金属层合板轧制复合过程界面区材料的微观变形行为,从力学性能和位错运动的角度,对比研究双金属FeCrNi/Fe与单金属的压缩变形,揭示非共格界面对金属微观变形行为的影响。结果表明,双金属模型与2种单金属模型在应力-应变关系和变形行为规律方面都存在明显差异;由于复合界面的存在,变形过程中双金属模型纯Fe基体中的位错在界面附近积累,界面原子的局部剪切作用使FeCrNi基体中的位错形成变得容易,降低了FeCrNi基体的屈服强度;复合界面对于变形过程中位错传播的阻碍作用,使材料抵抗塑性变形的能力得到提高,变形过程中2种金属基体内位错密度的交替变化导致2种金属基体的变形量也对应呈现交替变化的特殊现象。     

薄带钢拉矫机浪形矫平过程机理建模及有限元验证

采用弹塑性力学分析方法,针对拉伸弯曲矫直机用于对具有初始位移缺陷(瓢曲浪形)薄带钢的浪形矫平过程进行机理建模,推导建立以带钢规格材质及初始浪形参数、拉矫工艺参数和拉矫机相关设备参数为自变量的拉矫变形过程浪形矫平功效的解析预测模型。通过定义拉矫过程中带钢宽向进入塑性变形的屈服区域边界位置作为中间变量,以及依次分别建立各项输入条件与屈服位置的关系、屈服位置与工艺条件的关系,建立浪形矫平预测模型的多变量微分方程组。为了验证该机理模型的正确性,分析初始浪形、材料强度、带钢尺寸等初始条件以及弯曲辊半径、拉矫张力等工艺条件对拉矫机对于带钢浪形的矫平改善能力的影响,并应用ABAQUS软件另行建立同样条件下薄带钢拉弯矫直过程的有限元模型,经计算并对比计算结果,两种方法的结果吻合良好。     

带钢冷轧机工作辊表面轧制磨损形貌的模拟仿真

针对带钢冷轧过程中磨损量仅有微米或亚微米数量级的工作辊表面微观形貌的轧制磨损,建立元胞自动机磨损模型,模拟工作辊表面微观形貌的轧制磨损行为及其动态变化过程。采取不同频率正弦曲线叠加组合对工作辊表面形貌的圆周向轮廓进行数学描述和建模,结合生产实际和已有研究,确定接触咬合磨损与磨粒磨损的元胞状态转换规则,建立元胞自动机原理工作辊表面磨损演化模型,并模拟得到在不同工况条件下工作辊表面微观形貌的磨损规律,仿真研究所得粗糙度磨损演变规律与在工业生产中实测统计获得的磨损演变规律基本吻合。     

高强度带钢表面粗糙度轧制转印规律及预测模型

针对高强度带钢表面粗糙度的特殊要求和控制难题,采取批量工业生产实验和数理统计的方法,研究高强度带钢表面粗糙度的轧制转印及变化规律,以及轧机工作辊表面粗糙度的变化规律.确定了高强度带钢表面微观形貌由末机架决定,分别建立了高强度带钢表面粗糙度预测模型、轧制转印率模型和轧机工作辊表面粗糙度预测模型.比较了高强度带钢与普通强度带钢的轧制转印行为.研究结果可用于工业生产过程中预测高强度带钢表面粗糙度,合理安排冷轧轧制顺序和轧制计划,以及预测确定工作辊上下机时间节点.     

基于机器学习的滚筒式飞剪剪切质量预测

滚筒式飞剪剪切质量与剪刃重叠量、侧向间隙等参数的取值密切相关,参数匹配不当不仅会影响断面质量,也会使刀具磨损严重,甚至出现剪不断的问题。为了预测选定参数下飞剪的剪切质量以选择合理的工艺参数,通过DEFORM-3D仿真了不同工艺参数下的飞剪剪切过程,运用机器学习算法分别对剪切断面质量和整体剪切效果建立了预测模型。测试集在剪切断面质量的预测模型上准确率接近90%,在整体剪切效果预测模型上的误差小于15%,两类模型为现场选择剪切工艺参数和智能化生产提供了理论指导。     

覆膜铁覆膜理论与技术研究进展

覆膜铁具有更好的节约资源能源和绿色环保安全的性能,可替代镀锡板等包装用材,是正在研发中的新型金属包装材料。针对国内覆膜铁研发需求,从覆膜工艺、膜铁结合机理、覆膜质量评价与控制、基材表面预处理及膜表面改性等方面概括梳理国内外关于覆膜铁覆膜理论与技术的研究进展,指出膜与基材接触区温度场是决定界面连接乃至覆膜质量和速度的关键,实现覆膜区温度场稳定、控制界面空洞缺陷与膜内再结晶缺陷、减小横向与纵向膜厚波动是提高覆膜质量和效率的关键;提出从膜铁结合强度、膜厚均匀性、膜结晶率、塑性成形加工性能等不同角度对覆膜质量进行全面评价;建议精细研究接触区热行为和聚合物膜熔融及凝固过程,从细观尺度研究熔融膜在基材粗糙表面受辊压作用流动、铺展、湿润、填充行为,从微观尺度研究膜铁化学反应键合与聚合物再结晶;提出借鉴板形和厚度的控制理论与技术及其研究方法,包括借鉴轧机颤振问题研究考虑覆膜辊系动力学特性,研究横向和纵向膜厚控制方法及技术。相关分析及建议有助于覆膜理论与技术的创新研究。