CN111241640B - 一种计算棒材弯曲过程中径向截面中性层偏移量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种计算棒材弯曲过程中径向截面中性层偏移量的方法，所述计算方法包括如下方法步骤：步骤1、建立棒材中性层偏移几何模型，设定几何中性层曲率半径为ρ，设定应变中性层曲率半径为ρ_w；步骤2、对棒材径向截面进行网格划分，并确定网格在棒材截面中的几何参数；步骤3、引入板材中性层偏移量计算公式，并将其各几何参数转化棒材模型几何参数，步骤4、整理得到最终棒材径向截面中性层偏移计算公式；步骤5、给定任意薄板到棒材中心平面的距离与棒材截面半径的比值a，棒材直径D，几何中性层曲率半径ρ，计算得到棒材径向截面垂直于弯曲半径任意位置的中性层偏移量。本发明提供一种计算棒材弯曲过程中径向截面中性层偏移量的方法，解决棒材径向截面中性层偏移量难以采用试验法测得的问题。

Description

一种计算棒材弯曲过程中径向截面中性层偏移量的方法

技术领域

本发明涉及棒材轧制技术领域，特别涉及一种计算棒材弯曲过程中径向截面中性层偏移量的方法。

背景技术

棒材作为轧制行业的重要产品之一，其生产质量直接反应了一个国家的经济发展水平。在面对逐渐提高的要求品质和轧制工艺日益完善的技术背景之下，国内外企业纷纷注意到矫直机的发展和革新。同时，随着矫直设备技术的发展，对矫直工艺的精度要求也日益提高。目前关于棒材中性层偏移量的研究多关注与轴向截面，且认为棒材中性层偏移属于一种平面平行偏移。但实质上，棒材径向截面边缘与芯部的中性层偏移量相差较大，属于一种弧状偏移，这导致传统的计算方法与实际相差较大。且目前采用试验获取棒材芯部中性层偏移量的方法难以实施。

因此为了解决现有技术中的问题，需要一种计算棒材弯曲过程中径向截面中性层偏移量的方法，从理论计算获取棒材芯部的中性层偏移量。

发明内容

为了解决现有计算方法中无法得到棒材径向截面任意位置中性层偏移量的问题，本发明提供了一种计算棒材弯曲过程中径向截面中性层偏移量的方法，所述计算方法包括如下方法步骤：

步骤1、建立棒材中性层偏移几何模型，设定几何中性层曲率半径为ρ，设定应变中性层曲率半径为ρ_w；

步骤2、对棒材径向截面进行网格划分，并确定网格在棒材截面中的几何参数：将直径为D的棒材径向截面划分为n等份薄板进行网格划分，将每层薄板厚度为h，宽度为b；径向截面任意薄板到棒材中心平面的距离d，任意薄板到棒材中心平面的距离d与棒材截面半径

的比值为a，将每层薄板的中性层偏移量视为质点偏移；

步骤3、引入板材中性层偏移量计算公式，并将其各几何参数转化棒材模型几何参数；薄板宽

薄板厚

薄板到原点的距离

薄板几何中性层曲率半径为ρ，薄板应变中性层曲率半径为ρ_w，薄板弯曲内层曲率半径

薄板弯曲外层曲率半径

其中a为薄板到棒材中心平面的距离与棒材截面半径的比值，偏移量δ＝ρ-ρ_w；

步骤4、整理得到最终棒材径向截面中性层偏移计算公式：

步骤5、给定任意薄板到棒材中心平面的距离与棒材截面半径的比值a，棒材直径D，几何中性层曲率半径ρ，计算得到棒材径向截面垂直于弯曲半径任意位置的中性层偏移量δ。

在一个优选的实施例中，每层薄板中性层偏移量都以网格下边缘线为基准。

在一个优选的实施例中，将薄板中性层偏移公式转化为棒材中性层偏移公式。

本发明一种计算棒材弯曲过程中径向截面中性层偏移量的方法，通过对棒材径向截面进行网格划分后，引入薄板中性层偏移公式，并将其转化棒材中性层偏移公式，解决棒材芯部中部中性层无法通过试验法得到的问题，解决了采用传统平面平行计算偏移量的方法与实际不符的问题，更精确的揭示棒材中性层偏移的实质。

附图说明

参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：

图1是棒材中性层偏移模型中棒材径向截面中性层偏移示意图。

图2是棒材中性层偏移模型中棒材径向截面网格几何划分示意图。

图3是板材中性层偏移模型。

图4是一种计算棒材弯曲过程中径向截面中性层偏移量的方法流程图。

具体实施方式

通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式的薄板中性层偏移公式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。

应变中性层及棒材弯曲过程中应变为0的纤维层，现有的理论计算中尚没有关于棒材径向截面中性层偏移量的计算公式，且普遍认为棒材中性层偏移为平面平行偏移，但实质上棒材芯部偏移量与截面边缘偏移量差值较大，这导致采用传统平面平行计算偏移量的方法与实际不符。为了解决现有计算方法中的问题，本发明提供一种采用网格划分计算棒材径向截面中性层偏移量的方法，在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。

下面通过具体的实施例详细说明，如图4所示一种计算棒材弯曲过程中径向截面中性层偏移量的方法流程图，本发明一种计算棒材弯曲过程中径向截面中性层偏移量的方法，包括如下方法步骤：

步骤S101、建立棒材中性层偏移几何模型。

如图1所示棒材中性层偏移模型中棒材径向截面中性层偏移示意图，建立棒材中性层偏移几何模型，对模型进行参数定义：设定几何中性层曲率半径为ρ，设定应变中性层曲率半径为ρ_w。

步骤S102、对棒材径向截面进行网格划分，并确定网格(薄板)在棒材截面中的几何参数。

如图2所示棒材中性层偏移模型中棒材径向截面网格几何划分示意图，将直径为D的棒材径向截面划分为n等份薄板进行网格划分，将每层薄板厚度为h，宽度为b；径向截面任意薄板到棒材中心平面的距离d，任意薄板到棒材中心平面的距离d与棒材截面半径

的比值为a，将每层薄板的中性层偏移量视为质点偏移。

具体地，对棒材径向截面进行网格划分，沿垂直弯曲平面划分工n等份，产生n层网格(薄板)；其中每层网格厚度为h，其宽度为b，任意网格到半径位置的距离为d，任意网格到截面原点位置的距离与半径的比值为a(定义为距离比)。

步骤S103、引入板材中性层偏移公式，并将其各几何参数转化为棒材中性层偏移几何模型的几何参数。

如图3所示板材中性层偏移模型，本发明引入板材中性层偏移量计算公式，并将其各几何参数转化为棒材中性层偏移几何模型的几何参数：设定薄板宽

薄板厚

薄板弯曲内层曲率半径

薄板弯曲外层曲率半径

其中a为薄板到棒材中心平面的距离与棒材截面半径的比值。

实施例中，引入板材中性层偏移公式

δ＝ρ-ρ_w，并将其各几何参数转化为棒材模型几何参数，板宽

板厚

网格到原点的距离

薄板弯曲内层曲率半径

薄板弯曲外层曲率半径

其中δ为应变中性层偏移量。

步骤S104、确定最终棒材中性层偏移公式。

将步骤S103棒材中性层偏移几何模型的几何参数代入到板材中性层偏移公式中，整理得到最终棒材径向截面中性层偏移计算公式，即确定转化后的棒材中性层偏移公式为：

在一些优选的实施例中，每层薄板中性层偏移量都以网格下边缘线为基准，将板材中性层偏移公式转化为棒材中性层偏移公式。

步骤S105、给定几何参数计算各位置偏移量δ。

给定任意薄板到棒材中心平面的距离与棒材截面半径的比值a，棒材直径D，几何中性层曲率半径ρ，计算得到棒材径向截面垂直于弯曲半径任意位置的中性层偏移量。

在一个具体的实例中给定D＝60mm，ρ＝850mm，a＝0,0.1,0.2,0.3,0.4,0.5,0.6,0.7,0.8,0.9，得到各距离比对应的中性层偏移量为δ＝1.429,1.422,1.400,1.363,1.309,1.23,1.143,1.02,0.85,0.623，单位mm。具体数据如下：

表一，棒材偏移量计算结果

偏移量δ/mm	直径D/mm	几何曲率半径ρ/mm	距离比a
				1.429	60	850	0
1.422	60	850	0.1
				1.400	60	850	0.2
1.363	60	850	0.3
				1.309	60	850	0.4
1.23	60	850	0.5
				1.143	60	850	0.6
1.02	60	850	0.7
				0.85	60	850	0.8
0.623	60	850	0.9

本发明一种计算棒材弯曲过程中径向截面中性层偏移量的方法，通过对棒材径向截面进行网格划分后，引入薄板中性层偏移公式，并将其转化棒材中性层偏移公式，解决了棒材芯部中部中性层无法通过试验法得到的问题，解决了采用传统平面平行计算偏移量的方法与实际不符的问题，更精确的揭示棒材中性层偏移的实质。

结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。

Claims (3)

1.一种计算棒材弯曲过程中径向截面中性层偏移量的方法，所述计算方法包括如下方法步骤：

步骤1、建立棒材中性层偏移几何模型，设定几何中性层曲率半径为ρ，设定应变中性层曲率半径为ρ_w；

步骤2、对棒材径向截面进行网格划分，并确定网格薄板在棒材截面中的几何参数：将直径为D的棒材径向截面划分为n等份薄板进行网格划分，每层薄板厚度为h，宽度为b；径向截面任意薄板到棒材中心平面的距离为d，任意薄板到棒材中心平面的距离d与棒材截面半径

的比值为a，将每层薄板的中性层偏移量视为质点偏移；

步骤3、引入板材中性层偏移量计算公式，并将其各几何参数转化为棒材模型几何参数；薄板宽

薄板厚

薄板到原点的距离

薄板几何中性层曲率半径为ρ，薄板应变中性层曲率半径为ρ_w，薄板弯曲内层曲率半径

薄板弯曲外层曲率半径

其中a为薄板到棒材中心平面的距离与棒材截面半径的比值，中性层偏移量δ＝ρ-ρ_w；

步骤4、整理得到最终棒材径向截面中性层偏移计算公式：

步骤5、给定任意薄板到棒材中心平面的距离与棒材截面半径的比值a，棒材直径D，几何中性层曲率半径ρ，计算得到棒材径向截面垂直于弯曲半径任意位置的中性层偏移量δ。

2.根据权利要求1所述的计算方法，其特征在于，将径向截面进行网格划分，每层薄板中性层偏移量都以网格下边缘线偏移量为基准。

3.根据权利要求2所述的计算方法，其特征在于，将薄板中性层偏移公式转化为棒材中性层偏移公式。

Images