。1164 北京科技大学学报 2006年第12期 况带钢温度700℃带钢规格0.175mm× 2.4来料板形对张应力横向分布的影响 800mm,焊缝位置为B/2,截断边的平均张应力 板形产生的实质是带钢横向各点在纵向上的 的平均值约5,10.15MPa时，由有限元计算出的 不均匀延伸，不同的浪形对应不同张应力横向分 导向辊凸度C对有效长度的影响.可见，辊形对 布.生产实际中往往是辊形和板形同时作用改变 张应力分布的影响明显，导向辊凸度越大，带钢上 带钢张应力横向分布.为此，用pro/E构建20IU 的张应力横向分布越不均匀.另外从应力分布云 (1U相当于相对长度差为10)平坦度下对 图发现，带钢在导向辊辊肩处存在明显的张应力 应的双边浪和中浪曲面模拟来料板形：其中，绕在 集中. 导向辊上的带钢则施加与平坦度等效的横向温度 分布来模拟来料板形，然后导入Marc进行计算. 来料板形采用三角函数描述，700℃下带钢的热 膨胀系数为10一5即1IU大小，因此板形和温差的 描述函数一致.对于0.15mm×800mm规格，浪 1550 宽400mm,HF段700℃，凸度0.5mm,从计算结 图3导向辊辊形 果来看：中浪很容易导致带钢在辊肩处应力集中 Fig 3 Roll profile of the guide roll 而使得在较小张力下进入塑性变形：而边浪中间 平坦区和导向辊平直段接触良好，当边浪浪宽超 表2辊形对张应力分布的影响 Table 2 Effect of roll profile on distribution of tensile stress 过辊肩时还可以消除辊肩的影响，因此边浪板形 对应的带钢张应力横向分布不均匀程度较中浪要 平均张 L/m 应力/MPa 小.如图4所示，带钢和导向辊相切处So横截面 C=0.5mm C=1.0mm C3=1.5mm 张应力分布因受辊形的影响最为不均，距导向辊 5 04 05 1.1 中心0.5m,1.0m对应的横截面S0.5,S1.o处的张 10 04 055 1.4 应力横向分布只受板形的影响，浪高越大的地方 15 04 06 1.6 张应力越小 注：带钢规格0175mmX800mm. 15= 2.3来料板宽对张应力横向分布的影响 11 在宽度变化而其他参数不变的情况下，选取 7 相应工况(0A段带钢400℃，板厚0.2mm,焊缝 ◆So0边浪■S0,边浪) 位置H=2B)的有限元计算结果进行对比分析， S1边浪*S0。中浪 *S:中浪◆S。中浪 可以得到带钢宽度对张应力横向分布的影响规 00 200 300 400 (B/2ymm 律：B越大，辊形的有效影响区域越大即L,值越 大，如表3所示.究其原因，当辊形确定后，导向 图420U板形下各截面张应力横向分布情况 辊中间平直段宽度即α值固定，带钢越宽时，辊 Fig.4 Transverse distribution of tension in different cross sec- tions under 20 IU 形发挥作用的有效宽度相对于整个板宽就越窄， 因而宽度方向上的张应力不均匀度增加，导致导 25横向温差对张应力横向分布的影响 向辊附近张应力不均匀度的增加，相应的L:值 根据实际测量结果，加热炉内横向温度最大 也增大 温差为20℃，最小5℃，而且顶辊室呈正凸度分 布，底辊室呈负凸度分布.在带钢横向温度不均 表3带钢宽度对L,值的影响 Table 3 Effect of strip width onL 匀分布下，纵向纤维条产生的热胀不均也会导致 张应力横向分布不均，而且随着横向温差的增大， 平均张 L/m 带钢横向张应力分布不均的程度加剧3丬.因此， 应力/MPa B=900mm B=1000mm 本文就20℃温差下，用余弦函数对炉内带钢横向 498 065 095 温度分布进行热力耦合模拟，为避免温度对整体 1001 080 115 张力水平的影响，平均温度应为0℃.图5为 15.06 085 L.25 015mm×800mm规格，20℃负凸度温差情况下 注：h=02mm,C=05mm. Sa0Sa5,S1o截面张应力横向分布曲线，Sao截面况 带 钢 温 度 700 ℃, 带 钢 规 格 0.175 mm × 800 mm , 焊缝位置为 B/2 , 截断边的平均张应力 的平均值约 5 , 10 , 15 MPa 时, 由有限元计算出的 导向辊凸度 C 对有效长度的影响 .可见 ,辊形对 张应力分布的影响明显, 导向辊凸度越大,带钢上 的张应力横向分布越不均匀.另外从应力分布云 图发现 ,带钢在导向辊辊肩处存在明显的张应力 集中 . 图 3 导向辊辊形 Fig.3 Roll profil e of the guide roll 表 2 辊形对张应力分布的影响 Table 2 Effect of roll profile on distribution of tensile stress 平均张 应力/ MPa L r / m C1 =0.5 mm C2 =1.0 mm C3 =1.5 mm 5 0.4 0.5 1.1 10 0.4 0.55 1.4 15 0.4 0.6 1.6 注:带钢规格 0.175 mm ×800 mm . 2.3 来料板宽对张应力横向分布的影响 在宽度变化而其他参数不变的情况下, 选取 相应工况(OA 段带钢 400 ℃,板厚 0.2 mm ,焊缝 位置 H =2B)的有限元计算结果进行对比分析, 可以得到带钢宽度对张应力横向分布的影响规 律:B 越大,辊形的有效影响区域越大即 L r 值越 大,如表 3 所示.究其原因 ,当辊形确定后, 导向 辊中间平直段宽度即 a 值固定, 带钢越宽时, 辊 形发挥作用的有效宽度相对于整个板宽就越窄, 因而宽度方向上的张应力不均匀度增加 ,导致导 向辊附近张应力不均匀度的增加, 相应的 Lr 值 也增大. 表 3 带钢宽度对 L r 值的影响 Table 3 Effect of strip width on L r 平均张 应力/ MPa L r /m B =900 mm B =1 000 mm 4.98 0.65 0.95 10.01 0.80 1.15 15.06 0.85 1.25 注:h =0.2 mm , C =0.5 mm . 2.4 来料板形对张应力横向分布的影响 板形产生的实质是带钢横向各点在纵向上的 不均匀延伸 ,不同的浪形对应不同张应力横向分 布.生产实际中往往是辊形和板形同时作用改变 带钢张应力横向分布 .为此 ,用 pro/E 构建 20 IU (1 IU 相当于相对长度差为 10 -5[ 7] )平坦度下对 应的双边浪和中浪曲面模拟来料板形;其中 ,绕在 导向辊上的带钢则施加与平坦度等效的横向温度 分布来模拟来料板形, 然后导入 M arc 进行计算. 来料板形采用三角函数描述, 700 ℃下带钢的热 膨胀系数为10 -5即1 IU 大小 ,因此板形和温差的 描述函数一致 .对于 0.15 mm ×800 mm 规格 ,浪 宽 400 mm , HF 段 700 ℃,凸度 0.5 mm ,从计算结 果来看 :中浪很容易导致带钢在辊肩处应力集中 而使得在较小张力下进入塑性变形;而边浪中间 平坦区和导向辊平直段接触良好, 当边浪浪宽超 过辊肩时还可以消除辊肩的影响, 因此边浪板形 对应的带钢张应力横向分布不均匀程度较中浪要 小.如图4 所示,带钢和导向辊相切处 S0.0横截面 张应力分布因受辊形的影响最为不均 , 距导向辊 中心 0.5 m , 1.0 m 对应的横截面 S0.5 , S1.0处的张 应力横向分布只受板形的影响, 浪高越大的地方 张应力越小. 图 4 20 IU 板形下各截面张应力横向分布情况 Fig.4 Transverse distribution of tension in different cross sec￾tions under 20 IU 2.5 横向温差对张应力横向分布的影响 根据实际测量结果, 加热炉内横向温度最大 温差为 20 ℃,最小 5 ℃,而且顶辊室呈正凸度分 布, 底辊室呈负凸度分布 .在带钢横向温度不均 匀分布下, 纵向纤维条产生的热胀不均也会导致 张应力横向分布不均 ,而且随着横向温差的增大, 带钢横向张应力分布不均的程度加剧[ 3, 8] .因此, 本文就 20 ℃温差下 ,用余弦函数对炉内带钢横向 温度分布进行热力耦合模拟, 为避免温度对整体 张力水平的影响 , 平均温度应为 0 ℃.图 5 为 0.15 mm ×800 mm 规格, 20 ℃负凸度温差情况下 S0.0 , S0.5 , S1.0截面张应力横向分布曲线, S0.0截面 · 1164 · 北 京 科 技 大 学 学 报 2006 年第 12 期