CN116984386A - Trb趋薄轧制过程中力能参数的确定方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开一种TRB趋薄轧制过程中力能参数的确定方法及装置，涉及轧制技术领域。方法包括：基于轧辊参数、轧件参数和轧制工艺参数，结合胡克定律和前后张力对变形区长度和轧制力的影响关系，确定弹性变形区的轧制力；根据轧件变形特点建立满足体积不变条件和速度边界条件的速度场，确定TRB趋薄轧制过程中任一时刻总功率泛函和任一时刻塑性变形区的轧制力；将轧辊参数、轧件参数、轧制工艺参数、弹性变形区的轧制力和塑性变形区的轧制力作为初始输入数据，通过轧辊压扁半径与轧制力间的收敛条件，进行迭代运算确定符合模型的总轧制力，在计算过程中，建立与传统轧制理论不同的新理论框架，形成力能参数的新算法，提高计算精度，且简单方便。
Description
技术领域
本申请涉及轧制技术领域，尤其涉及一种TRB趋薄轧制过程中力能参数的确定方法及装置。
背景技术
在差厚板出现之前，根据受力情况的不同，对需要有薄有厚的冲压坯料，只能按照厚的规格选定坯料尺寸，这就造成钢材的浪费和汽车重量的增加。最早获得变厚度钢板的方法是激光拼焊，是将不同厚度的钢板焊接在一起，作为汽车部件冲压成形的坯料。激光拼焊板的出现和应用推进了钢板减重的热潮。随着时代进步，市场对差厚板的机械性能和尺寸精度的要求越来越高。激光拼焊板生产的产品已不能满足行业的需求。
冷轧差厚板TRB（Tailor Rolled Blanks）是一种新材料，广泛应用于汽车、船舶、精密仪器和重型机械的减重。TRB具有明显的优点包括：连续性生产，生产效率高，可靠性好；用过渡区代替焊缝，连接强度提高，性能的均匀性大幅度提高；厚度控制容易，可以方便地生产出二种以上厚度组合的板材。
激光拼焊板的生产存在工序多、焊缝处厚度突变及表面质量不均匀、设备投资及维护量大等缺点。与之相比，TRB省去了焊接工序，可以降低生产成本，并且没有焊缝，表面质量好，可以直接生产出周期性变厚度钢板。TRB钢板逐渐代替激光拼焊已经成为发展趋势。
TRB趋薄轧制过程中，其接触弧长、咬入角、中性角、前后滑以及轧制力等均与传统的等厚度轧制不同，因此需要建立与传统轧制理论不同的新理论框架，进而形成力能参数的新算法。
发明内容
本申请的目的在于提供一种TRB趋薄轧制过程中力能参数的确定方法及装置，以TRB趋薄轧制过程中，其接触弧长、咬入角、中性角、前后滑以及轧制力等均与传统的等厚度轧制不同，因此需要建立与传统轧制理论不同的新理论框架，进而形成力能参数的新算法。
第一方面，本申请提供一种TRB趋薄轧制过程中力能参数的确定方法，所述方法包括：根据TRB趋薄轧制过程工艺规程数据，确定轧辊参数、轧件参数以及轧制工艺参数；基于所述轧制工艺参数确定趋薄轧制区总轧制时间；基于所述轧辊参数、所述轧件参数和所述轧制工艺参数，结合胡克定律和前后张力对变形区长度和轧制力的影响关系，确定弹性变形区的轧制力；根据轧件变形特点建立满足体积不变条件和速度边界条件的速度场，确定TRB趋薄轧制过程中任一时刻总功率泛函和任一时刻塑性变形区的轧制力；将所述轧辊参数、所述轧件参数、所述轧制工艺参数、所述弹性变形区的轧制力和所述塑性变形区的轧制力作为初始输入数据，通过轧辊压扁半径与轧制力间的收敛条件，进行迭代运算确定符合模型的总轧制力。
采用上述技术方案的情况下，本申请实施例提供的TRB趋薄轧制过程中力能参数的确定方法，通过根据TRB趋薄轧制过程工艺规程数据，确定轧辊参数、轧件参数以及轧制工艺参数；基于所述轧制工艺参数确定趋薄轧制区总轧制时间；基于所述轧辊参数、所述轧件参数和所述轧制工艺参数，结合胡克定律和前后张力对变形区长度和轧制力的影响关系，确定弹性变形区的轧制力；根据轧件变形特点建立满足体积不变条件和速度边界条件的速度场，确定TRB趋薄轧制过程中任一时刻总功率泛函和任一时刻塑性变形区的轧制力；将所述轧辊参数、所述轧件参数、所述轧制工艺参数、所述弹性变形区的轧制力和所述塑性变形区的轧制力作为初始输入数据，通过轧辊压扁半径与轧制力间的收敛条件，进行迭代运算确定符合模型的总轧制力，在计算过程中，建立了与传统轧制理论不同的新理论框架，形成力能参数的新算法，提高了计算精度，并且简单方便。
第二方面，本申请还提供一种TRB趋薄轧制过程中力能参数的确定装置，所述装置包括：
第一确定模块，用于根据TRB趋薄轧制过程工艺规程数据，确定轧辊参数、轧件参数以及轧制工艺参数；
第二确定模块，用于基于所述轧制工艺参数确定趋薄轧制区总轧制时间；
第三确定模块，用于基于所述轧辊参数、所述轧件参数和所述轧制工艺参数，结合胡克定律和前后张力对变形区长度和轧制力的影响关系，确定弹性变形区的轧制力；
第四确定模块，用于根据轧件变形特点建立满足体积不变条件和速度边界条件的速度场，确定TRB趋薄轧制过程中任一时刻总功率泛函和任一时刻塑性变形区的轧制力；
第五确定模块，用于将所述轧辊参数、所述轧件参数、所述轧制工艺参数、所述弹性变形区的轧制力和所述塑性变形区的轧制力作为初始输入数据，通过轧辊压扁半径与轧制力间的收敛条件，进行迭代运算确定符合模型的总轧制力。
第二方面提供的TRB趋薄轧制过程中力能参数的确定装置的有益效果与第一方面或第一方面任一可能的实现方式描述的TRB趋薄轧制过程中力能参数的确定方法的有益效果相同，此处不做赘述。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定，在附图中：
图1示出了本申请实施例提供的一种TRB趋薄轧制过程中力能参数的确定方法的流程示意图；
图2示出了本申请实施例提供的另一种TRB趋薄轧制过程中力能参数的确定方法的流程示意图；
图3示出了本申请实施例提供的一种趋薄轧制咬入区的结构示意图；
图4示出了本申请实施例提供的一种趋薄轧制成品四分之一结构示意图；
图5示出了本申请实施例提供的一种趋薄轧制后板坯的示意图；
图6示出了本申请实施例提供的一种轧制力的实测值和计算值随时间变化的示意图；
图7示出了本申请实施例提供的一种TRB趋薄轧制过程中力能参数的确定装置的结构示意图。
具体实施方式
为了便于清楚描述本申请实施例的技术方案，在本申请的实施例中，采用了“第一”、“第二”等字样对功能和作用基本相同的相同项或相似项进行区分。例如，第一阈值和第二阈值仅仅是为了区分不同的阈值，并不对其先后顺序进行限定。本领域技术人员可以理解“第一”、“第二”等字样并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。
需要说明的是，本申请中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其他实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
本申请中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B的情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项（个）”或其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项（个）或复数项（个）的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项（个），可以表示：a，b，c，a和b的结合，a和c的结合，b和c的结合，或a、b和c的结合，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
图1示出了本申请实施例提供的一种TRB趋薄轧制过程中力能参数的确定方法的流程示意图，如图1所示，所述方法包括：
步骤101：根据TRB趋薄轧制过程工艺规程数据，确定轧辊参数、轧件参数以及轧制工艺参数。
在本申请中，所述轧件参数包括钢板原始半厚度、钢板宽度、钢板弹性模量和钢板泊松比；
所述轧制工艺参数包括轧制过程中的前后张力、钢板入口速度、钢板趋薄轧制区的长度、钢板厚区半厚度、钢板薄区半厚度、轧辊与钢板在轧制过程中的摩擦因数。
步骤102：基于所述轧制工艺参数确定趋薄轧制区总轧制时间。
在本申请中，可以基于所述钢板厚区半厚度、所述钢板薄区半厚度以及所述钢板趋薄轧制区的长度，确定所述趋薄轧制区总轧制时间。
步骤103：基于所述轧辊参数、所述轧件参数和所述轧制工艺参数，结合胡克定律和前后张力对变形区长度和轧制力的影响关系，确定弹性变形区的轧制力。
在本申请中，上述步骤103的具体实现过程可以包括以下子步骤：
子步骤A1：基于所述钢板厚区半厚度确定任一时刻趋薄轧制弹性变形区的出口半厚度；
子步骤A2：基于所述钢板原始半厚度确定钢板变形区入口侧和出口侧的变形抗力；
子步骤A3：基于所述出口半厚度、所述钢板变形区入口侧和出口侧的变形抗力，结合胡克定律确定入口弹性变形区的压下半厚度和出口弹性恢复区的压下半厚度；
子步骤A4：基于所述钢板厚区半厚度、所述钢板薄区半厚度和所述钢板趋薄轧制区的长度确定趋薄轧制区的倾角；
子步骤A5：基于所述倾角确定两轧辊辊距的一半以及塑性变形区出口半厚度；
子步骤A6：基于所述两轧辊辊距的一半以及所述塑性变形区出口半厚度，确定趋薄轧制时塑性变形区出口位置偏离轧辊连心线的距离；
子步骤A7：基于所述轧辊辊径、入口弹性变形区压下半厚度和出口弹性区压下半厚度，确定入口弹性变形区和出口弹性变形区在轧制方向的投影长度；
子步骤A8：基于所述倾角和广义胡克定律确定入口弹性变形区的轧制力和出口弹性变形区的轧制力。
步骤104：根据轧件变形特点建立满足体积不变条件和速度边界条件的速度场，确定TRB趋薄轧制过程中任一时刻总功率泛函和任一时刻塑性变形区的轧制力。
可选的，上述步骤104的具体实现过程可以包括以下子步骤：
子步骤B1：根据TRB趋薄轧制变形区速度边界条件和体积不变条件，建立满足运动许可条件的轧制变形区的速度场。
子步骤B2：根据所述轧件参数和所述轧制工艺参数，确定TRB趋薄过程中塑性变形区的变形抗力。
子步骤B3：确定趋薄轧制时塑性变形区接触角的平均值、屈服剪应力和入口单位秒流量。
子步骤B4：根据所述速度场和所述TRB趋薄过程中塑性变形区的变形抗力，确定TRB趋薄过程中任一时刻的总功率泛函。
子步骤B5：基于所述总功率泛函确定所述总功率泛函的最小值，根据总功率泛函与轧制力之间的关系，确定TRB趋薄轧制过程中所述任一时刻塑性变形区的轧制力。
步骤105：将所述轧辊参数、所述轧件参数、所述轧制工艺参数、所述弹性变形区的轧制力和所述塑性变形区的轧制力作为初始输入数据，通过轧辊压扁半径与轧制力间的收敛条件，进行迭代运算确定符合模型的总轧制力。
综上所述，本申请实施例提供的TRB趋薄轧制过程中力能参数的确定方法，通过根据TRB趋薄轧制过程工艺规程数据，确定轧辊参数、轧件参数以及轧制工艺参数；基于所述轧制工艺参数确定趋薄轧制区总轧制时间；基于所述轧辊参数、所述轧件参数和所述轧制工艺参数，结合胡克定律和前后张力对变形区长度和轧制力的影响关系，确定弹性变形区的轧制力；根据轧件变形特点建立满足体积不变条件和速度边界条件的速度场，确定TRB趋薄轧制过程中任一时刻总功率泛函和任一时刻塑性变形区的轧制力；将所述轧辊参数、所述轧件参数、所述轧制工艺参数、所述弹性变形区的轧制力和所述塑性变形区的轧制力作为初始输入数据，通过轧辊压扁半径与轧制力间的收敛条件，进行迭代运算确定符合模型的总轧制力，在计算过程中，建立了与传统轧制理论不同的新理论框架，形成力能参数的新算法，提高了计算精度，并且简单方便。
图2示出了本申请实施例提供的另一种TRB趋薄轧制过程中力能参数的确定方法的流程示意图，如图2所示，所述方法包括：
步骤201：根据TRB趋薄轧制过程工艺规程数据，确定轧辊参数、轧件参数以及轧制工艺参数。
所述轧辊参数包括轧辊原始半径、轧辊线速度、轧辊下移速度和轧辊弹性模量；
所述轧件参数包括钢板原始半厚度、钢板宽度、钢板弹性模量和钢板泊松比；
所述轧制工艺参数包括轧制过程中的前后张力、钢板入口速度、钢板趋薄轧制区的长度、钢板厚区半厚度、钢板薄区半厚度、轧辊与钢板在轧制过程中的摩擦因数。
示例的，图3示出了本申请实施例提供的一种趋薄轧制咬入区的结构示意图，图4
示出了本申请实施例提供的一种趋薄轧制成品四分之一结构示意图，如图3和图4所示，以
CR340高强度合金趋薄轧制为例，确定轧辊参数，包括轧辊下移速度、轧辊
原始半径，轧辊线速度，轧辊弹性模量；确定轧件
参数，包括钢板厚度、钢板宽度、钢板泊松比、钢板弹性模
量；确定轧制工艺参数，包括轧制过程中的钢板厚区厚度、
薄区厚度、前张力、后张力、钢板入口速度、钢板趋薄轧制区的长度、轧辊与钢板在轧制过程中的摩擦因数。
步骤202：基于所述钢板厚区半厚度、所述钢板薄区半厚度以及所述钢板趋薄轧制区的长度，确定所述趋薄轧制区总轧制时间。
基于公式确定所述趋薄轧制区总轧制时间；其中，为所述钢板
厚区半厚度，为所述钢板薄区半厚度，表示所述轧辊下移速度。
示例的，。
步骤203：基于所述轧辊参数、所述轧件参数和所述轧制工艺参数，结合胡克定律和前后张力对变形区长度和轧制力的影响关系，确定弹性变形区的轧制力。
在本申请中，上述步骤203的具体实现过程可以包括以下子步骤：
子步骤A1：基于所述钢板厚区半厚度确定任一时刻趋薄轧制弹性变形区的出口半厚度。
具体的，可以基于公式确定任一时刻趋薄轧制弹性变形区的出口半
厚度。
其中，参见图3，所述为任一时刻趋薄轧制弹性变形区的出口半厚度，t为任一
时刻。
示例的，。
子步骤A2：基于所述钢板原始半厚度确定钢板变形区入口侧和出口侧的变形抗力。
具体的，可以包括；；
其中，为退火状态时金属的变形抗力，、为与材料、变形条件有关的系数，
为所述钢板原始半厚度，为任一时刻轧制变形区入口半厚度，为所述任一时刻轧制
变形区出口半厚度，为钢板入口侧变形抗力，为钢板出口侧变形抗力。
示例的，参见图3，；
；
其中，为任一时刻轧制变形区入口半厚度，为任一时刻轧制变形区出口半
厚度。
子步骤A3：基于所述出口半厚度、所述钢板变形区入口侧和出口侧的变形抗力，结合胡克定律确定入口弹性变形区的压下半厚度和出口弹性恢复区的压下半厚度。
具体的，；
；
其中，为钢板的泊松比，为钢板的弹性模量，为后张应力，为前张应
力。
子步骤A4：基于所述钢板厚区半厚度、所述钢板薄区半厚度和所述钢板趋薄轧制区的长度确定趋薄轧制区的倾角。
具体的，；其中，参见图4，为钢板趋薄轧制区的长度，为所
述钢板趋薄轧制区的倾角。
示例的，。
子步骤A5：基于所述倾角确定两轧辊辊距的一半以及塑性变形区出口半厚度。
具体的，
；
；
；
其中，参见图3，为两轧辊辊距的一半，为塑性变形区出口半厚度；为轧辊
压扁半径，为出口弹性变形区对应的角度，为出口弹性恢复区的压下半厚度，为
塑性变形区出口接触点和轧辊圆心连线与轧辊连心线之间的夹角。
子步骤A6：基于所述两轧辊辊距的一半以及所述塑性变形区出口半厚度，确定趋薄轧制时塑性变形区出口位置偏离轧辊连心线的距离。
具体的，；其中，为趋薄轧制时塑性变形区出口位置偏离轧辊
连心线的距离。
子步骤A7：基于所述轧辊辊径、入口弹性变形区压下半厚度和出口弹性区压下半厚度，确定入口弹性变形区和出口弹性变形区在轧制方向的投影长度。
具体的，；
；
其中，为所述入口弹性变形区在轧制方向的投影长度；为所述出口弹性变形
区在轧制方向的投影长度；为塑性变形区入口半厚度。
子步骤A8：基于所述倾角和广义胡克定律确定入口弹性变形区的轧制力和出口弹性变形区的轧制力。
具体的，
；
；
其中，为入口弹性变形区的轧制力，为出口弹性变形区的轧制力，为轧辊
压扁半径，为钢板半宽度，，为入口弹性区对应角度，为出口弹
性变形区对应的角度，为钢板弹性模量，为任一时刻趋薄轧制变形区入口半厚度，为任一时刻趋薄轧制变形区出口半厚度，为两辊辊距的一半，为钢板的泊松比，为塑性区接触角，为钢板趋薄轧制区的倾角，为塑性变形区出口接触点和轧辊圆心
连线与轧辊连心线之间的夹角，为后张力，为塑性变形区出口半厚度，为塑性变形
区出口位置偏离轧辊连心线的距离。
步骤204：根据轧件变形特点建立满足体积不变条件和速度边界条件的速度场，确定TRB趋薄轧制过程中任一时刻总功率泛函和任一时刻塑性变形区的轧制力。
可选的，上述步骤204的具体实现过程可以包括以下子步骤：
子步骤B1：根据TRB趋薄轧制变形区速度边界条件和体积不变条件，建立满足运动许可条件的轧制变形区的速度场。
具体的，
；
其中，为钢板的长度方向的速度分量，为所述轧辊下移速度，为所述轧辊
压扁半径，为变形区中任意一点和轧辊圆心的连线与轧辊连心线的夹角，为轧制时任
一时刻塑性变形区入口接触点和轧辊圆心的连线与轧辊连心线的夹角，为趋薄轧制变
形区任意位置钢板厚度的一半，，为带钢入口速度，为塑性变形
区入口半厚度，为钢板的厚度方向的速度分量，，为钢板的宽度方向的速
度分量。
图5示出了本申请实施例提供的一种趋薄轧制后板坯的示意图，如图5所示，所述板坯沿着轧制方向分为厚区，减薄轧制区和薄区，厚区的长度为200毫米，高度为2.2毫米，减薄轧制区的长度为400毫米，薄区的长度为400毫米，宽度为100毫米，高度为1毫米。
子步骤B2：根据所述轧件参数和所述轧制工艺参数，确定TRB趋薄过程中塑性变形区的变形抗力。
具体的，；
其中，为退火状态时金属的变形抗力，、为与材料、变形条件有关的系数，为塑性变形区入口半厚度，为塑性变形区出口半厚度，为前张应力，为后张应
力。
示例的，；；，其中，为前张应力，为后
张应力，为塑性变形区入口半厚度，为塑性变形区出口半厚度。
子步骤B3：确定趋薄轧制时塑性变形区接触角的平均值、屈服剪应力和入口单位秒流量。
具体的，
；
；
；
其中，为趋薄轧制时塑性变形区接触角的平均值，为屈服剪应力，为入口单
位秒流量，为轧制时任一时刻塑性变形区入口接触点和轧辊圆心的连线与轧辊连心线的
夹角，为塑性变形区出口接触点和轧辊圆心连线与轧辊连心线之间的夹角，为TRB趋
薄过程中受施加的前后张力影响的塑性变形区变形抗力，为轧辊线速度，为钢板半宽
度，为中性角，，为塑性变形区入口半厚度，为轧辊压扁半径，为轧辊向
下移动速度。
子步骤B4：根据所述速度场和所述TRB趋薄过程中塑性变形区的变形抗力，确定TRB趋薄过程中任一时刻的总功率泛函。
具体的，总功率泛函为；
内部变形功率：
；
其中，为变形抗力，为钢板半宽度，为轧辊下移速度，为轧辊压扁半径，为轧制时任一时刻塑性变形区入口接触点和轧辊圆心的连线与轧辊连心线的夹角，为
塑性变形区任一时刻出口半厚度，为塑性变形区入口半厚度，为趋薄轧制时塑性变
形区接触角的平均值，为塑性变形区出口接触点和轧辊圆心连线与轧辊连心线之间的夹
角，为入口单位秒流量；
剪切功率：
；
其中，为屈服剪应力，为轧制时任一时刻塑性变形区入口接触点和轧辊圆心的
连线与轧辊连心线的夹角，为塑性变形区的入口位置到轧辊连心线的距离，为塑性变形
区的出口位置偏离轧辊连心线的距离；
摩擦功率：
其中，为入口单位秒流量，为钢板半宽度，为摩擦因数，为中性角对应
的半厚度，为中性角，，为趋薄轧制时塑性变形区接触角的平均值；
张力功率：；
其中，为入口单位秒流量，为前张应力，为后张应力。
子步骤B5：基于所述总功率泛函确定所述总功率泛函的最小值，根据总功率泛函与轧制力之间的关系，确定TRB趋薄轧制过程中所述任一时刻塑性变形区的轧制力。
具体的，任一时刻总功率泛函的最小值由得到；其中，为总功率泛函，为中性角；
；
其中，为所述任一时刻塑性变形区的轧制力，为所述轧辊原始半径，为
轧辊线速度，为力臂系数，为所述轧辊压扁半径，为所述塑性变形区入口半厚度，为所述两轧辊辊缝之间距离的一半。
步骤205：将所述轧辊参数、所述轧件参数、所述轧制工艺参数、所述弹性变形区的轧制力和所述塑性变形区的轧制力作为初始输入数据，通过轧辊压扁半径与轧制力间的收敛条件，进行迭代运算确定符合模型的总轧制力。
在本申请中，；其中，为总轧制力；
迭代运算包括：
；
；
收敛条件包括：
；
其中，为轧辊的压扁半径，为轧辊的原始半径，为轧辊的泊松比，为轧
辊弹性模量，为钢板半宽度，为张力对轧辊弹性压扁的影响，为出口弹性恢复区
的压下半厚度，为入口弹性变形区的压下半厚度，为第次迭代的轧辊半径，为
第次迭代的轧辊半径。
图6示出了本申请实施例提供的一种轧制力的实测值和计算值随时间变化的示意图，如图6所示，横轴表示时间，单位为秒，纵轴表示轧制力，单位为kN，从图6中可以看出本申请预测得到的轧制力和实测轧制力匹配度高，表面本申请的计算精度较高。
综上所述，本申请实施例提供的TRB趋薄轧制过程中力能参数的确定方法，通过根据TRB趋薄轧制过程工艺规程数据，确定轧辊参数、轧件参数以及轧制工艺参数；基于所述轧制工艺参数确定趋薄轧制区总轧制时间；基于所述轧辊参数、所述轧件参数和所述轧制工艺参数，结合胡克定律和前后张力对变形区长度和轧制力的影响关系，确定弹性变形区的轧制力；根据轧件变形特点建立满足体积不变条件和速度边界条件的速度场，确定TRB趋薄轧制过程中任一时刻总功率泛函和任一时刻塑性变形区的轧制力；将所述轧辊参数、所述轧件参数、所述轧制工艺参数、所述弹性变形区的轧制力和所述塑性变形区的轧制力作为初始输入数据，通过轧辊压扁半径与轧制力间的收敛条件，进行迭代运算确定符合模型的总轧制力，本申请针对TRB趋薄轧制过程中的力能参数，建立了新的数学模型，综合考虑轧制过程中接触弧长、咬入角、中性角、前后滑、轧制力等参数的基础上，精确预测TRB趋薄过程中的轧制力，解决了在不同生产条件下实时轧制力的预测问题，安全可靠，计算准确，能够实时计算得到连续轧制过程中的力能参数。
图7示出了本申请实施例提供的一种TRB趋薄轧制过程中力能参数的确定装置的结构示意图，如图7所示，所述TRB趋薄轧制过程中力能参数的确定装置300包括：
第一确定模块301，用于根据TRB趋薄轧制过程工艺规程数据，确定轧辊参数、轧件参数以及轧制工艺参数；
第二确定模块302，用于基于所述轧制工艺参数确定趋薄轧制区总轧制时间；
第三确定模块303，用于基于所述轧辊参数、所述轧件参数和所述轧制工艺参数，结合胡克定律和前后张力对变形区长度和轧制力的影响关系，确定弹性变形区的轧制力；
第四确定模块304，用于根据轧件变形特点建立满足体积不变条件和速度边界条件的速度场，确定TRB趋薄轧制过程中任一时刻总功率泛函和任一时刻塑性变形区的轧制力；
第五确定模块305，用于将所述轧辊参数、所述轧件参数、所述轧制工艺参数、所述弹性变形区的轧制力和所述塑性变形区的轧制力作为初始输入数据，通过轧辊压扁半径与轧制力间的收敛条件，进行迭代运算确定符合模型的总轧制力。
综上所述，本申请实施例提供的TRB趋薄轧制过程中力能参数的确定装置，通过根据TRB趋薄轧制过程工艺规程数据，确定轧辊参数、轧件参数以及轧制工艺参数；基于所述轧制工艺参数确定趋薄轧制区总轧制时间；基于所述轧辊参数、所述轧件参数和所述轧制工艺参数，结合胡克定律和前后张力对变形区长度和轧制力的影响关系，确定弹性变形区的轧制力；根据轧件变形特点建立满足体积不变条件和速度边界条件的速度场，确定TRB趋薄轧制过程中任一时刻总功率泛函和任一时刻塑性变形区的轧制力；将所述轧辊参数、所述轧件参数、所述轧制工艺参数、所述弹性变形区的轧制力和所述塑性变形区的轧制力作为初始输入数据，通过轧辊压扁半径与轧制力间的收敛条件，进行迭代运算确定符合模型的总轧制力，在计算过程中，建立了与传统轧制理论不同的新理论框架，形成力能参数的新算法，提高了计算精度，并且简单方便。
本申请提供的一种TRB趋薄轧制过程中力能参数的确定装置，可以实现如图1-6任一所示的TRB趋薄轧制过程中力能参数的确定方法，为避免重复，这里不再赘述。
尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述，然而，在实施所要求保护的本申请过程中，本领域技术人员通过查看附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”（comprising）一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
尽管结合具体特征及其实施例对本申请进行了描述，显而易见的，在不脱离本申请的精神和范围的情况下，可对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本申请的示例性说明，且视为已覆盖本申请范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包括这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种TRB趋薄轧制过程中力能参数的确定方法，其特征在于，所述方法包括：
根据TRB趋薄轧制过程工艺规程数据，确定轧辊参数、轧件参数以及轧制工艺参数；
基于所述轧制工艺参数确定趋薄轧制区总轧制时间；
基于所述轧辊参数、所述轧件参数和所述轧制工艺参数，结合胡克定律和前后张力对变形区长度和轧制力的影响关系，确定弹性变形区的轧制力；
根据轧件变形特点建立满足体积不变条件和速度边界条件的速度场，确定TRB趋薄轧制过程中任一时刻总功率泛函和任一时刻塑性变形区的轧制力；
将所述轧辊参数、所述轧件参数、所述轧制工艺参数、所述弹性变形区的轧制力和所述塑性变形区的轧制力作为初始输入数据，通过轧辊压扁半径与轧制力间的收敛条件，进行迭代运算确定符合模型的总轧制力。
2.根据权利要求1所述的TRB趋薄轧制过程中力能参数的确定方法，其特征在于，所述轧辊参数包括轧辊原始半径、轧辊线速度、轧辊下移速度和轧辊弹性模量；
所述轧件参数包括钢板原始半厚度、钢板宽度、钢板弹性模量和钢板泊松比；
所述轧制工艺参数包括轧制过程中的前后张力、钢板入口速度、钢板趋薄轧制区的长度、钢板厚区半厚度、钢板薄区半厚度、轧辊与钢板在轧制过程中的摩擦因数。
3.根据权利要求2所述的TRB趋薄轧制过程中力能参数的确定方法，其特征在于，所述基于所述轧制工艺参数确定趋薄轧制区总轧制时间，包括：
基于所述钢板厚区半厚度、所述钢板薄区半厚度以及所述钢板趋薄轧制区的长度，确定所述趋薄轧制区总轧制时间。
4.根据权利要求3所述的TRB趋薄轧制过程中力能参数的确定方法，其特征在于，所述基于所述钢板厚区半厚度、所述钢板薄区半厚度以及所述钢板趋薄轧制区的长度，确定所述趋薄轧制区总轧制时间，包括：
基于公式确定所述趋薄轧制区总轧制时间；其中，/>为所述钢板厚区半厚度，/>为所述钢板薄区半厚度，/>表示所述轧辊下移速度。
5.根据权利要求4所述的TRB趋薄轧制过程中力能参数的确定方法，其特征在于，所述基于所述轧辊参数、所述轧件参数和所述轧制工艺参数，结合胡克定律和前后张力对变形区长度和轧制力的影响关系，确定弹性变形区的轧制力，包括：
基于所述钢板厚区半厚度确定任一时刻趋薄轧制弹性变形区的出口半厚度；
基于所述钢板原始半厚度确定钢板变形区入口侧和出口侧的变形抗力；
基于所述出口半厚度、所述钢板变形区入口侧和出口侧的变形抗力，结合胡克定律确定入口弹性变形区的压下半厚度和出口弹性恢复区的压下半厚度；
基于所述钢板厚区半厚度、所述钢板薄区半厚度和所述钢板趋薄轧制区的长度确定趋薄轧制区的倾角；
基于所述倾角确定两轧辊辊距的一半以及塑性变形区出口半厚度；
基于所述两轧辊辊距的一半以及所述塑性变形区出口半厚度，确定趋薄轧制时塑性变形区出口位置偏离轧辊连心线的距离；
基于所述轧辊辊径、入口弹性变形区压下半厚度和出口弹性区压下半厚度，确定入口弹性变形区和出口弹性变形区在轧制方向的投影长度；
基于所述倾角和广义胡克定律确定入口弹性变形区的轧制力和出口弹性变形区的轧制力。
6.根据权利要求5所述的TRB趋薄轧制过程中力能参数的确定方法，其特征在于，所述基于所述钢板厚区半厚度确定任一时刻趋薄轧制弹性变形区的出口半厚度，包括：
基于公式确定任一时刻趋薄轧制弹性变形区的出口半厚度；
其中，所述为任一时刻趋薄轧制弹性变形区的出口半厚度，t为任一时刻；
所述基于所述钢板原始半厚度确定钢板变形区入口侧和出口侧的变形抗力，包括：
；
；
其中，为退火状态时金属的变形抗力，/>、/>为与材料、变形条件有关的系数，/>为所述钢板原始半厚度，/>为任一时刻轧制变形区入口半厚度，/>为所述任一时刻轧制变形区出口半厚度，/>为钢板入口侧变形抗力，/>为钢板出口侧变形抗力；
所述基于所述出口半厚度、所述钢板变形区入口侧和出口侧的变形抗力，结合胡克定律确定入口弹性变形区的压下半厚度和出口弹性恢复区的压下半厚度，包括：
；
；
其中，为钢板的泊松比，/>为钢板的弹性模量，/>为后张应力，/>为前张应力；
所述基于所述钢板厚区半厚度、所述钢板薄区半厚度和所述钢板趋薄轧制区的长度确定趋薄轧制区的倾角，包括：
；
其中，为钢板趋薄轧制区的长度，/>为所述钢板趋薄轧制区的倾角；
所述基于所述倾角确定两轧辊辊距的一半以及塑性变形区出口半厚度，包括：
；
；
；
其中，为两轧辊辊距的一半，/>为塑性变形区出口半厚度；/>为轧辊压扁半径，/>为出口弹性变形区对应的角度，/>为出口弹性恢复区的压下半厚度，/>为塑性变形区出口接触点和轧辊圆心连线与轧辊连心线之间的夹角；
所述基于所述两轧辊辊距的一半以及所述塑性变形区出口半厚度，确定趋薄轧制时塑性变形区出口位置偏离轧辊连心线的距离，包括：
；
其中，为趋薄轧制时塑性变形区出口位置偏离轧辊连心线的距离；
所述基于所述轧辊辊径、入口弹性变形区压下半厚度和出口弹性区压下半厚度，确定入口弹性变形区和出口弹性变形区在轧制方向的投影长度，包括：
；
；
其中，为所述入口弹性变形区在轧制方向的投影长度；/>为所述出口弹性变形区在轧制方向的投影长度；/>为塑性变形区入口半厚度；
所述基于所述倾角和广义胡克定律确定入口弹性变形区的轧制力和出口弹性变形区的轧制力，包括：
；
；
其中，为入口弹性变形区的轧制力，/>为出口弹性变形区的轧制力，/>为轧辊压扁半径，/>为钢板半宽度，/>，为入口弹性区对应角度，/>为出口弹性变形区对应的角度，/>为钢板弹性模量，/>为任一时刻趋薄轧制变形区入口半厚度，/>为任一时刻趋薄轧制变形区出口半厚度，/>为两辊辊距的一半，/>为钢板的泊松比，/>为塑性区接触角，/>为钢板趋薄轧制区的倾角，/>为塑性变形区出口接触点和轧辊圆心连线与轧辊连心线之间的夹角，/>为后张力，/>为塑性变形区出口半厚度，/>为塑性变形区出口位置偏离轧辊连心线的距离。
7.根据权利要求6所述的TRB趋薄轧制过程中力能参数的确定方法，其特征在于，所述根据轧件变形特点建立满足体积不变条件和速度边界条件的速度场，确定TRB趋薄轧制过程中任一时刻总功率泛函和任一时刻塑性变形区的轧制力，包括：
根据TRB趋薄轧制变形区速度边界条件和体积不变条件，建立满足运动许可条件的轧制变形区的速度场；
根据所述轧件参数和所述轧制工艺参数，确定TRB趋薄过程中塑性变形区的变形抗力；
确定趋薄轧制时塑性变形区接触角的平均值、屈服剪应力和入口单位秒流量；
根据所述速度场和所述TRB趋薄过程中塑性变形区的变形抗力，确定TRB趋薄过程中任一时刻的总功率泛函；
基于所述总功率泛函确定所述总功率泛函的最小值，根据总功率泛函与轧制力之间的关系，确定TRB趋薄轧制过程中所述任一时刻塑性变形区的轧制力。
8.根据权利要求7所述的TRB趋薄轧制过程中力能参数的确定方法，其特征在于，所述根据TRB趋薄轧制变形区速度边界条件和体积不变条件，建立满足运动许可条件的轧制变形区的速度场，包括：
；
其中，为钢板的长度方向的速度分量，/>为所述轧辊下移速度，/>为所述轧辊压扁半径，/>为变形区中任意一点和轧辊圆心的连线与轧辊连心线的夹角，/>为轧制时任一时刻塑性变形区入口接触点和轧辊圆心的连线与轧辊连心线的夹角，/>为趋薄轧制变形区任意位置钢板厚度的一半，/>，/>为带钢入口速度，/>为塑性变形区入口半厚度，/>为钢板的厚度方向的速度分量，/>，/>为钢板的宽度方向的速度分量；
所述根据所述轧件参数和所述轧制工艺参数，确定TRB趋薄过程中塑性变形区的变形抗力，包括：
；
其中，为退火状态时金属的变形抗力，/>、/>为与材料、变形条件有关的系数，/>为塑性变形区入口半厚度，/>为塑性变形区出口半厚度，/>为前张应力，/>为后张应力；
所述确定趋薄轧制时塑性变形区接触角的平均值、屈服剪应力和入口单位秒流量，包括：
；
；
；
其中，为趋薄轧制时塑性变形区接触角的平均值，/>为屈服剪应力，/>为入口单位秒流量，/>为轧制时任一时刻塑性变形区入口接触点和轧辊圆心的连线与轧辊连心线的夹角，/>为塑性变形区出口接触点和轧辊圆心连线与轧辊连心线之间的夹角，/>为TRB趋薄过程中受施加的前后张力影响的塑性变形区变形抗力，/>为轧辊线速度，/>为钢板半宽度，/>为中性角，/>，/>为塑性变形区入口半厚度，/>为轧辊压扁半径，/>为轧辊向下移动速度；
所述根据所述速度场和所述TRB趋薄过程中塑性变形区的变形抗力，确定TRB趋薄过程中任一时刻的总功率泛函，包括：
总功率泛函为；
内部变形功率：
；
其中，为变形抗力，/>为钢板半宽度，/>为轧辊下移速度，/>为轧辊压扁半径，/>为轧制时任一时刻塑性变形区入口接触点和轧辊圆心的连线与轧辊连心线的夹角，/>为塑性变形区任一时刻出口半厚度，/>为塑性变形区入口半厚度，/>为趋薄轧制时塑性变形区接触角的平均值，/>为塑性变形区出口接触点和轧辊圆心连线与轧辊连心线之间的夹角，/>为入口单位秒流量；
剪切功率：
；
其中，为屈服剪应力，/>为轧制时任一时刻塑性变形区入口接触点和轧辊圆心的连线与轧辊连心线的夹角，/>为塑性变形区的入口位置到轧辊连心线的距离，/>为塑性变形区的出口位置偏离轧辊连心线的距离；
摩擦功率：
；
其中，为入口单位秒流量，/>为钢板半宽度，/>为摩擦因数，/>为中性角对应的半厚度，/>为中性角，/>，/>为趋薄轧制时塑性变形区接触角的平均值；
张力功率：/>；
其中，为入口单位秒流量，/>为前张应力，/>为后张应力；
所述基于所述总功率泛函确定所述总功率泛函的最小值，根据总功率泛函与轧制力之间的关系，确定TRB趋薄轧制过程中所述任一时刻塑性变形区的轧制力，包括：
任一时刻总功率泛函的最小值由得到；其中，/>为总功率泛函，/>为中性角；
；
其中，为所述任一时刻塑性变形区的轧制力，/>为所述轧辊原始半径，/>为轧辊线速度，/>为力臂系数，/>为所述轧辊压扁半径，/>为所述塑性变形区入口半厚度，/>为所述两轧辊辊缝之间距离的一半。
9.根据权利要求8所述的TRB趋薄轧制过程中力能参数的确定方法，其特征在于，所述将所述轧辊参数、所述轧件参数、所述轧制工艺参数、所述弹性变形区的轧制力和所述塑性变形区的轧制力作为初始输入数据，通过轧辊压扁半径与轧制力间的收敛条件，进行迭代运算确定符合模型的总轧制力，包括：
；
其中，为总轧制力；
迭代运算包括：
；
；
收敛条件包括：
；
其中，为轧辊的压扁半径，/>为轧辊的原始半径，/>为轧辊的泊松比，/>为轧辊弹性模量，/>为钢板半宽度，/>为张力对轧辊弹性压扁的影响，/>为出口弹性恢复区的压下半厚度，/>为入口弹性变形区的压下半厚度，/>为第/>次迭代的轧辊半径，/>为第次迭代的轧辊半径。
10.一种TRB趋薄轧制过程中力能参数的确定装置，其特征在于，所述装置包括：
第一确定模块，用于根据TRB趋薄轧制过程工艺规程数据，确定轧辊参数、轧件参数以及轧制工艺参数；
第二确定模块，用于基于所述轧制工艺参数确定趋薄轧制区总轧制时间；
第三确定模块，用于基于所述轧辊参数、所述轧件参数和所述轧制工艺参数，结合胡克定律和前后张力对变形区长度和轧制力的影响关系，确定弹性变形区的轧制力；
第四确定模块，用于根据轧件变形特点建立满足体积不变条件和速度边界条件的速度场，确定TRB趋薄轧制过程中任一时刻总功率泛函和任一时刻塑性变形区的轧制力；
第五确定模块，用于将所述轧辊参数、所述轧件参数、所述轧制工艺参数、所述弹性变形区的轧制力和所述塑性变形区的轧制力作为初始输入数据，通过轧辊压扁半径与轧制力间的收敛条件，进行迭代运算确定符合模型的总轧制力。
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