工程科学学报，第37卷，第8期：1084-1091,2015年8月 Chinese Journal of Engineering,Vol.37,No.8:1084-1091,August 2015 D0l:10.13374/j.issn2095-9389.2015.08.017:http://journals..ustb.edu.cn 冷轧带钢局部高点卷取过程起筋控制的建模与仿真 管健龙”，何安瑞”，孙文权”四，郭睿2) 1)北京科技大学高效轧制国家工程研究中心，北京1000832)首都航天机械公司，北京100076 ☒通信作者，E-mail:wqsun18@gmail.com 摘要为了研究带钢局部高点卷取起筋的控制方法，利用三维弹塑性变形基本理论，并引入带钢塑性流动因子，建立了弹 塑性卷取应力和起筋量模型.基于应力函数假设、S.Timoshenko最小功原理和伽辽金虚位移法建立了起筋带钢的应力场分 布和可用于在线计算的起筋临界卷取张力设定模型.仿真结果表明：局部高点在径向累积叠加所引起的带钢张力不均匀分 布和轴向压应力是导致带钢起筋的主要原因：起筋量随局部高点高度、卷径和卷取张力增加而增大，薄带钢比厚带钢起筋量 增幅明显；临界卷取张力随卷径、带钢厚度和局部高点高度增大而减小 关键词冷轧：带钢：卷取：板形控制：弹塑性分析：模拟：有限元法 分类号TG335.5 Modeling and simulation of ridge-buckle control in the coiling process of cold rolling strips with local high points GUAN Jian-long",HE An-rui,SUN Wen-quan,GUO Rui) 1)National Engineering Research Center for Advanced Rolling,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China 2)Capital Spaceflight Machinery Co.Ltd.,Beijing 100076,China Corresponding author,E-mail:wqsunl8@gmail.com ABSTRACT In order to research the ridge-buckle control method in the coiling process of steel strips with local high points,elasto- plastic stress and ridge-buckle models are established by using the theory of three-dimensional elastoplastic deformation and introducing a plastic flow factor.Then a stress distribution model of ridge-buckle strips and an online setting model of buckling critical coiling tension are derived from the hypothesis of stress functions,the S.Timoshenko principle of least work,and the theory of Galerkin virtu- al displacement.Simulation results show that the uneven distribution of strip tension and axial compressive stress caused by radial accumulation of local high points is the main cause of strip ridge-buckles.The ridge-buckle quantity increases when the local high point's height,coiling diameter and coiling tension increase:the ridge-buckle of a thin strip is more obvious than that of a thick one. The critical coiling tension decreases with the increase of strip thickness,the local high point's height and coiling radius. KEY WORDS cold rolling:strip steel:coiling:shape control:elastoplastic analysis;modeling:finite element method 起筋缺陷是指带材在卷取过程中，由于局部高点 亟待解决的技术难题四。目前，关于起筋问题的研究， 沿径向逐层累加而在钢卷表面形成的一种“鼓包”现 卷取应力和起筋量计算方法都是基于弹性理论网：而 象，如图1所示.当起筋量较大时，开卷后在起筋部位 在实际卷取过程中，起筋达到一定高度时，带钢产生局 表现为附加浪形，严重影响产品性能，造成产品降级或 部塑性变形和金属局部塑性流动.因此，弹性理论不 报废四.由于起筋现象机理复杂，多年来对其成因一 再适用于起筋带钢的卷取应力和起筋量计算.本文利 直未能得到理性的、正确的解释，成为严重困扰生产、 用三维弹塑性变形的理论，并提出带钢塑性流动因子， 收稿日期：201501-21 基金项目：中央高校基本科研业务费专项(FRF-HC-14O05)工程科学学报，第 37 卷，第 8 期: 1084--1091，2015 年 8 月 Chinese Journal of Engineering，Vol． 37，No． 8: 1084--1091，August 2015 DOI: 10． 13374 /j． issn2095--9389． 2015． 08． 017; http: / /journals． ustb． edu． cn 冷轧带钢局部高点卷取过程起筋控制的建模与仿真 管健龙1) ，何安瑞1) ，孙文权1) ，郭 睿2) 1) 北京科技大学高效轧制国家工程研究中心，北京 100083 2) 首都航天机械公司，北京 100076  通信作者，E-mail: wqsun18@ gmail． com 摘 要 为了研究带钢局部高点卷取起筋的控制方法，利用三维弹塑性变形基本理论，并引入带钢塑性流动因子，建立了弹 塑性卷取应力和起筋量模型． 基于应力函数假设、S． Timoshenko 最小功原理和伽辽金虚位移法建立了起筋带钢的应力场分 布和可用于在线计算的起筋临界卷取张力设定模型． 仿真结果表明: 局部高点在径向累积叠加所引起的带钢张力不均匀分 布和轴向压应力是导致带钢起筋的主要原因; 起筋量随局部高点高度、卷径和卷取张力增加而增大，薄带钢比厚带钢起筋量 增幅明显; 临界卷取张力随卷径、带钢厚度和局部高点高度增大而减小． 关键词 冷轧; 带钢; 卷取; 板形控制; 弹塑性分析; 模拟; 有限元法 分类号 TG335. 5 Modeling and simulation of ridge-buckle control in the coiling process of cold rolling strips with local high points GUAN Jian-long1) ，HE An-rui1) ，SUN Wen-quan1)  ，GUO Ｒui2) 1) National Engineering Ｒesearch Center for Advanced Ｒolling，University of Science and Technology Beijing，Beijing 100083，China 2) Capital Spaceflight Machinery Co． Ltd． ，Beijing 100076，China  Corresponding author，E-mail: wqsun18@ gmail． com ABSTＲACT In order to research the ridge-buckle control method in the coiling process of steel strips with local high points，elasto￾plastic stress and ridge-buckle models are established by using the theory of three-dimensional elastoplastic deformation and introducing a plastic flow factor． Then a stress distribution model of ridge-buckle strips and an online setting model of buckling critical coiling tension are derived from the hypothesis of stress functions，the S． Timoshenko principle of least work，and the theory of Galerkin virtu￾al displacement． Simulation results show that the uneven distribution of strip tension and axial compressive stress caused by radial accumulation of local high points is the main cause of strip ridge-buckles． The ridge-buckle quantity increases when the local high point’s height，coiling diameter and coiling tension increase; the ridge-buckle of a thin strip is more obvious than that of a thick one． The critical coiling tension decreases with the increase of strip thickness，the local high point’s height and coiling radius． KEY WOＲDS cold rolling; strip steel; coiling; shape control; elastoplastic analysis; modeling; finite element method 收稿日期: 2015--01--21 基金项目: 中央高校基本科研业务费专项( FＲF--IC--14--005) 起筋缺陷是指带材在卷取过程中，由于局部高点 沿径向逐层累加而在钢卷表面形成的一种“鼓包”现 象，如图 1 所示． 当起筋量较大时，开卷后在起筋部位 表现为附加浪形，严重影响产品性能，造成产品降级或 报废［1］． 由于起筋现象机理复杂，多年来对其成因一 直未能得到理性的、正确的解释，成为严重困扰生产、 亟待解决的技术难题［2］． 目前，关于起筋问题的研究， 卷取应力和起筋量计算方法都是基于弹性理论［3］; 而 在实际卷取过程中，起筋达到一定高度时，带钢产生局 部塑性变形和金属局部塑性流动． 因此，弹性理论不 再适用于起筋带钢的卷取应力和起筋量计算． 本文利 用三维弹塑性变形的理论，并提出带钢塑性流动因子