CN111553029A - 一种棒材矫直弹复预测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种棒材矫直弹复预测方法，包括如下步骤：首先需确定矫直时棒材横截面各处的中性层偏移量δ，然后根据等额面积法确定弯矩计算时所需的等效中性层偏移量δt；在此基础上，引入等效中性层偏移量将棒材积分截面分成三部分，分别为上部塑性区、中部弹性区及下部塑性区，计算棒材矫直过程中的弯矩，M＝∫Aσ·zdA，从而计算弹复曲率
Figure DDA0002459965230000011
此方法目的在于提高棒材弹复曲率的预测精度。

Description

一种棒材矫直弹复预测方法
技术领域
本发明涉及管材轧制技术领域，特别涉及一种棒材矫直弹复预测方法。
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。然而落后的矫直理论尚不能与先进的矫直设备相匹配，尤其是在计算弹复曲率Kf中的重要参数弯矩M时，大多没有考虑中性层偏移的影响，并且少量考虑中性层偏移影响的研究认为中性层偏移为平行偏移，这与棒材矫直过程中性层弧形偏移的实质不相符，降低了弯矩M及弹复曲率Kf计算结果的可靠性。
因此为了解决现有技术中的问题，需要考虑棒材矫直过程中性层弧形偏移的影响，提出了一种棒材矫直弹复预测方法，来提高弯矩及弹复曲率的计算精度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种棒材矫直弹复预测方法，所述方法包括如下步骤：
1)计算棒材矫直过程中性层弧形偏移量δ；
2)将中性层弧形偏移曲线与几何中性层所围成的面积，转化为以直径D＝2R为长、等效中性层偏移量δt为宽的矩形面积，计算得到等效中性层偏移量δt；
3)所述几何中性层和所述等效中性层将棒材积分截面分成三部分，分别为上部塑性区、中部弹性区及下部塑性区，采用双线性硬化材料模型，并进行分布积分计算弯矩，
4)将计算得到的弯矩M代入弹复曲率计算公式，计算得到弹复曲率Kf。
在一个较佳的实施例中，中性层弧形偏移量δ通过如下方式计算：
Figure BDA0002459965210000021
其中，ρ为反弯曲率半径，y为横坐标的绝对值，D为棒材直径，R为棒材半径。
在一个较佳的实施例中，棒材截面以Z轴对称，只需要考虑Z轴右侧部分面积
Figure BDA0002459965210000022
则等效中性层偏移量δt计算过程表述为：
Figure BDA0002459965210000023
本发明一种棒材矫直弹复预测方法，通过对棒材弧形中性层偏移曲线进行定量转化后，代入弯矩计算公式，最后计算棒材弹复曲率，实现对棒材回弹的精确预测，有助于棒材矫直工艺模型的设定。
应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。
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是本发明引入等效中性层偏移的棒材截面积分示意图。
图2是等效中性层偏移量转化值。
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。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方式对本发明的内容进行说明，将弧形偏移直接应用到弯距计算的时候，由于在各部分的偏移量是一个变量，在实际过程中难以有效进行计算，而且最后计算棒材弹复曲率，对棒材回弹的预测准确度较差。
为了解决棒材矫直过程中性层弧形偏移难以具体应用的问题，本发明提供一种棒材矫直弹复预测方法，根据中性层弧形偏移的实质，通过等额面积法将中性层弧形偏移曲线转化为等效中性层偏移量，并带入弯矩及弹复曲率计算公式，从而使矫直过程中棒材回弹的预测更加准确。
根据本发明的实施例，如图1所示本发明引入等效中性层偏移的棒材截面积分示意图，一种棒材矫直弹复预测方法具体包括如下四个步骤：
第一步，计算棒材矫直过程中性层弧形偏移曲线101的偏移量δ。
第二步，将中性层弧形偏移曲线101与几何中性层103所围成的面积，转化为以直径D＝2R为长、等效中性层102偏移量δt为宽的矩形面积，计算得到等效中性层偏移量δt。
第三步，所述几何中性层103和所述等效中性层102将棒材积分截面分成三部分，分别为上部塑性区104、中部弹性区105及下部塑性区106，采用双线性硬化材料模型，并进行分布积分计算弯矩。
第四步，将计算得到的弯矩M代入弹复曲率计算公式，计算得到弹复曲率Kf。
根据本发明的实施例，对上述步骤进行详细的详细的举例说明，假设应力中性层与应变中性层重合，并统称为中性层，引用一种合理有效的中性层弧形偏移计算公式如下，
Figure BDA0002459965210000031
其中ρ为反弯曲率半径，y为横坐标的绝对值，D为棒材直径，R为棒材半径。
根据本发明的实施例，如图1所示，棒材截面以Z轴对称，以z轴右侧为例，中性层弧形偏移曲线101与等效中性层102围成的位于等效中性层102上方的区域(图1中的b区域)的面积记为B，中性层弧形偏移曲线101与等效中性层102围成的位于等效中性层102下方的区域(图1中的a区域)的面积记为A。当A与B为等额面积时，从而将中性层弧形偏移曲线101与几何中性层103所围成的面积，转化为以直径D＝2R为长、等效中性层102偏移量δt为宽的矩形面积。
棒材截面以Z轴对称，只需要考虑Z轴右侧部分面积，面积计算公式
Figure BDA0002459965210000041
等效中性层偏移量计算公式
Figure BDA0002459965210000042
具体实施方案中，中性层弧形偏移量及结果如表1所示，等效中性层偏移量转化值如图2所示。
表1各项参数及计算结果
Figure BDA0002459965210000043
基于表1数据，计算得出，S＝20.557mm，δt＝0.685mm。
根据本发明的实施例，弯矩计算采用双线性硬化材料模型，
Figure BDA0002459965210000044
其中
Figure BDA0002459965210000045
应变计算公式ε＝z(K-K0)，弹塑性分界线距应力中性层的距离
Figure BDA0002459965210000046
K＝1/ρ。其中σ为应力，ε为应变，E为棒材的弹性模量，D为硬化模量，σ0为截距应力，σs为弹性极限应力，εe为极限弹性应变，K为弯曲曲率，K0为初始曲率，ρ为弯曲半径。
弯矩计算：
Figure BDA0002459965210000051
其中，
Figure BDA0002459965210000052
Figure BDA0002459965210000053
弯矩M值可通过MATLAB软件计算得出，其中A为积分面积，σ为应力，ε为应变，E为棒材的弹性模量，D为硬化模量，σ0为截距应力，z为棒材径向断面纵坐标，y为z断面宽度，δt为等效中性层偏移量，zE为弹塑性区域分界线距应力中性层的距离。
最后代入弹复曲率计算公式
Figure BDA0002459965210000054
其中截面惯性矩I＝πR4/4。本发明一种棒材矫直弹复预测模型，计算得到的棒材矫直过程中弹复曲率更加精确，用于预测矫直过程中棒材的回弹量，从而指导棒材矫直工艺参数设定时，有助于降低调整误差，减少调整时间。
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)

1.一种棒材矫直弹复预测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
1)计算棒材矫直过程中性层弧形偏移量δ；
2)将中性层弧形偏移曲线与几何中性层所围成的面积，转化为以直径D＝2R为长、等效中性层偏移量δt为宽的矩形面积，计算得到等效中性层偏移量δt；
3)所述几何中性层和所述等效中性层将棒材积分截面分成三部分，分别为上部塑性区、中部弹性区及下部塑性区，采用双线性硬化材料模型，并进行分布积分计算弯矩；
4)将计算得到的弯矩M代入弹复曲率计算公式，计算得到弹复曲率Kf。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，中性层弧形偏移量δ通过如下方式计算：
Figure FDA0002459965200000011
其中，ρ为反弯曲率半径，y为横坐标的绝对值，D为棒材直径，R为棒材半径。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，棒材截面以Z轴对称，只需要考虑Z轴右侧部分面积
Figure FDA0002459965200000012
则等效中性层偏移量δt计算过程表述为：
Figure FDA0002459965200000013
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CN104866641A (zh) * 2014-12-10 2015-08-26 太原科技大学 一种棒材二辊矫直的回弹预测模型

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