Vol.28 No.12 张清东等：连退线上带钢张应力横向分布的有限元仿真 。1165。 与导向辊相切，张力受辊形影响分布不均.有限 辊形对张应力不均匀分布的影响，而且焊缝后的 元计算结果表明，在较低张力水平下，带钢由于温 张应力横向分布趋于均匀化 差原因而不均匀热膨胀，使带钢横向正负张应力 27辊面摩擦对张应力横向分布的影响 同时存在，边部高温受压，压应力以边浪形式释 对来料无板形缺陷、规格为0.175mm× 放，这与板形对张应力横向分布规律近似：当张力 800mm、焊缝位置为B/2、凸度为L.5mm工况分 水平达到一定值时，不均匀热膨胀被张力消化，温 别取摩擦因数为0.1,0.2进行模拟.有限元计算 度高的地方延伸率大，张应力也就小，并与辊形作 结果表明，摩擦系数大小对带钢横向张应力分布 用相叠加表现出来.正凸度温差对张应力分布的 以及L:值的影响并不明显，只是随着摩擦系数 影响机制与负凸度温差相同，只是在更小的张力 的加大两导辊之间的横向总张力减小（如图6）， 水平下发生了中浪模式的板形屈曲 这样当张力波动时辊面摩擦阻力往往帮助实现了 X米*10 较大的张力过载，更容易使带钢发生屈曲. 20 6 量S5 元 10 △S:b -2 摩擦因数0.1.S。0 兴温差 3 一摩擦因数0.2，S。o ☆摩擦因数0.1.So, ★摩擦因数0.2，S0, 100 200 300 400 20 100 200 300 400 (B/2)mm (B/2ymm 图5张应力横向份布和温度载荷分布 图6不同摩擦系数下带钢横向张应力分布 Fig 5 Transverse distribution of tension and temperature Fig.6 Transverse distribution of tension with different friction coefficie nts 2.6焊缝对张应力横向分布的影响 根据现场实际情况，在有限元模型中焊缝处 3 结论 有5m的带钢搭接（厚度为带钢厚度的2倍），因 运用非线性有限元建立了退火炉内带钢瓢曲 而这段区域的刚度要比其他处大，这时焊缝起了 的力学分析模型，从诱发瓢曲的关键性因素一 均匀化张应力分布的作用：但是由于焊缝前后带 张应力横向分布不均一入手，深入研究了连续 钢规格不同，存在约100mm的宽度差，这样在带 退火炉内各相关因素对张应力横向分布的影响规 钢的拉伸过程中，是一个特殊区域，应区别对待. 律和作用机制，发现导向辊辊形、带钢厚度等对张 从数值计算结果看，在有焊缝端随着焊缝位 应力横向分布影响很显著，特别是辊形的作用导 置H的增大，L,值也跟着增大，而无焊缝端不受 致与辊肩接触的带钢局部区域张应力集中，诱发 另一端焊缝位置变化的影响（焊缝H位置如图2 了带宽方向压应力的形成，在一定张力条件下最 所示，无焊缝端则为对应带钢另一端)，可见焊缝 终发生了瓢曲力学行为.同时，通过有限元计算 对张应力横向分布不均的影响是局部的.表4为 结果分析还得出了一系列重要的结论，为制定抑 0.25mm×1200mm规格，HF段(700℃)，凸度 制热瓢曲”的工艺措施提供了有效的技术思路， 0.5mm,焊缝位置分别为B/2,B和2B时计算 并取得了良好的现场控制效果. 表4焊缝位置对L,值的影响 Table 4 Effect of weld position on L 参考文献 平均张 有焊缝端L/m 无焊缝端L/m [1]的场哲，阿高松男，青木至，等.速桃烧饨方)上一卜 应力/MPaH=B/2H=BH=2BH=B/2H=BH=2B 八y夕儿先生仁及任寸口一九夕艺7少)影馨，铁上铜， 1994,80(8):61 477 1.451.603.401551551.55 [2] 的场哲，阿高松男，青木至.速缺烧飩ラ1>内挫屈·蛇 9.68 1.75200 3.75 1.75175 18 行e书上寸口一儿夕ラ方y)形.CAMP-ISIJ,1992,5 1467 1.75205 3.8518 L 8 1.8 (5):1459 结果.另外，当焊缝位置H=B/2时，有焊缝端 〔3]戴江彼，冷轧宽带钢连续退火炉生产线上曲变形的研究 [学位论文].北京：北京科技大学，2005 L,值比无焊缝端L:值小，可见焊缝的刚性阻隔 [4】徐屋.承受非均匀拉伸的矩形板的弹塑性皱曲分析[学位 作用在这里起了主要作用，它一定程度上减弱了 论文].北京：北京大学，1989与导向辊相切, 张力受辊形影响分布不均.有限 元计算结果表明 ,在较低张力水平下,带钢由于温 差原因而不均匀热膨胀 ,使带钢横向正负张应力 同时存在 , 边部高温受压 , 压应力以边浪形式释 放,这与板形对张应力横向分布规律近似;当张力 水平达到一定值时, 不均匀热膨胀被张力消化 ,温 度高的地方延伸率大 ,张应力也就小,并与辊形作 用相叠加表现出来.正凸度温差对张应力分布的 影响机制与负凸度温差相同, 只是在更小的张力 水平下发生了中浪模式的板形屈曲 . 图 5 张应力横向分布和温度载荷分布 Fig.5 Transverse distribution of tension and temperature 2.6 焊缝对张应力横向分布的影响 根据现场实际情况, 在有限元模型中焊缝处 有 5 cm 的带钢搭接(厚度为带钢厚度的 2 倍),因 而这段区域的刚度要比其他处大, 这时焊缝起了 均匀化张应力分布的作用 ;但是由于焊缝前后带 钢规格不同,存在约 100 mm 的宽度差, 这样在带 钢的拉伸过程中 ,是一个特殊区域 ,应区别对待. 从数值计算结果看, 在有焊缝端随着焊缝位 置 H 的增大, Lr 值也跟着增大, 而无焊缝端不受 另一端焊缝位置变化的影响(焊缝 H 位置如图 2 所示, 无焊缝端则为对应带钢另一端), 可见焊缝 对张应力横向分布不均的影响是局部的 .表 4 为 0.25 mm ×1 200 mm 规格, HF 段(700 ℃), 凸度 0.5 mm , 焊缝位置分别为 B/2 , B 和 2B 时计算 表 4 焊缝位置对 L r 值的影响 Table 4 Effect of weld position on Lr 平均张 应力/ MPa 有焊缝端 L r/ m 无焊缝端 Lr/ m H =B/2 H =B H =2B H =B/ 2 H =B H =2B 4.77 1.45 1.60 3.40 1.55 1.55 1.55 9.68 1.75 2.00 3.75 1.75 1.75 1.8 14.67 1.75 2.05 3.85 1.8 1.8 1.8 结果 .另外 , 当焊缝位置 H =B /2 时 , 有焊缝端 Lr 值比无焊缝端 Lr 值小 ,可见焊缝的刚性阻隔 作用在这里起了主要作用 ,它一定程度上减弱了 辊形对张应力不均匀分布的影响, 而且焊缝后的 张应力横向分布趋于均匀化. 2.7 辊面摩擦对张应力横向分布的影响 对来 料无 板形 缺 陷、规 格 为 0.175 mm × 800 mm 、焊缝位置为 B/2 、凸度为 1.5 mm 工况分 别取摩擦因数为 0.1 , 0.2 进行模拟 .有限元计算 结果表明, 摩擦系数大小对带钢横向张应力分布 以及 L r 值的影响并不明显, 只是随着摩擦系数 的加大两导辊之间的横向总张力减小(如图 6), 这样当张力波动时辊面摩擦阻力往往帮助实现了 较大的张力过载,更容易使带钢发生屈曲. 图 6 不同摩擦系数下带钢横向张应力分布 Fig.6 Transverse distribution of tension with different friction coefficients 3 结论 运用非线性有限元建立了退火炉内带钢瓢曲 的力学分析模型 ,从诱发瓢曲的关键性因素 ——— 张应力横向分布不均———入手 ,深入研究了连续 退火炉内各相关因素对张应力横向分布的影响规 律和作用机制 ,发现导向辊辊形、带钢厚度等对张 应力横向分布影响很显著 ,特别是辊形的作用导 致与辊肩接触的带钢局部区域张应力集中 ,诱发 了带宽方向压应力的形成 ,在一定张力条件下最 终发生了瓢曲力学行为 .同时, 通过有限元计算 结果分析还得出了一系列重要的结论 , 为制定抑 制“热瓢曲”的工艺措施提供了有效的技术思路, 并取得了良好的现场控制效果 . 参 考 文 献 Vol.28 No.12 张清东等:连退线上带钢张应力横向分布的有限元仿真 · 1165 ·