[发明专利]冷轧硅钢边降控制调控功效系数的确定方法

摘要

本发明提供一种冷轧硅钢边降控制调控功效系数的确定方法，以五机架冷轧硅钢单锥度工作辊窜辊轧机为对象，以带钢边降最小作为目标函数，应用硅钢材料的有限元分析方法，通过弹塑性材料设定、接触边界设置、模型网格划分、边界条件设置和N‑R迭代非线性求解，获取有效的准确计算窜辊调整量的边降控制调控功效系数。本发明能够提高工作辊锥形段插入调节量的精度，快速有效地控制带钢边部减薄缺陷，进而提高冷轧硅钢成品的质量，使硅钢产品的边部减薄平均值≤10μm的比率达到100%，边部减薄平均值≤8μm的比率达到98.5%。本发明可以利用原有控制设备，易于维护，节省技术引进资金的投入。

主权项

一种冷轧硅钢边降控制调控功效系数的确定方法，其特征在于，冷轧硅钢单锥度工作辊窜辊轧机的边降控制调控功效系数的定义为：KSWi,aj=δEDi,ajδSWi]]>式中：i为机架号；j为特征点位置；δSWi为工作辊窜辊量变化；δEDi,aj为第i机架的aj特征点在窜辊量变化δSWi时的边降变化量；单锥度工作辊窜辊边降调控功效系数的计算是基于辊系‑轧件一体弹塑性有限元模型的仿真得来；调控功效系数的具体确定方法为：(1)弹塑性材料设定将弹性变形简化为理想塑性问题，压缩变形采用各向同性硬化准则，且不考虑变形速度对变形抗力的影响；根据冷连轧的特点，通过将带钢轧制不同厚度进行拉伸试验进行回归，取前几机架累计变形量的真实应变所对应的真实应力为下一道次的屈服强度；有限元模型中的材料参数为轧辊弹性模量、带钢弹性模量及轧机5个机架的带钢变形抗力；(2)接触边界设置辊系‑轧件耦合模型中，两接触体间的接触面积和接触压力分布归属于边界非线性问题；考虑辊系的挠曲和压扁变形以及带钢的塑性变形，采用柔‑柔接触类型的面‑面接触方式；采用直接约束的接触算法追踪物体的运动轨迹，一旦检测出接触的发生，便将接触所需的运动约束即法向无相对运动，切向可滑动和节点力作为边界条件，直接施加在产生接触的节点上，程序根据物体的运动约束和相互作用自动探测接触区域；摩擦模型采用滑动库伦摩擦模型，根据冷轧现场实际情况，将摩擦系数定义为0.05；(3)模型网格划分轧辊和轧件均采用六面体8节点等参单元划分网格，且各接触区域网格细分；考虑到带钢边部发生横向流动，带钢边部进行网格细划，单元长宽高尺寸为1:1:1，带钢宽度方向网格尺寸设置为厚度方向的20倍，轧制方向和厚向网格尺寸趋于1:1，接触区域网格密度以保证轧后带钢运动方向不出现锯齿形厚度分布为准；(4)边界条件设置模型在带钢1/2宽度截面施加Z向对称约束UZ＝0，在轧辊辊径中心施加X向位移约束UX＝0；带钢尾部设置速度低于轧辊线速度的刚性面，咬入后在带钢头部尾部施加前张应力σf和后张应力σb；各机架前后张力逐渐增大，第3机架前张力减小，在工作辊的端部以旋转的刚性面带动工作辊旋转，中间辊及支持辊在摩擦力带动下被动旋转，摩擦系数取0.1，在支持辊辊颈中心施加Y向位移边界，模拟辊系压下；(5)N‑R迭代非线性求解塑性是一种路径相关现象，对于大应变的有限塑性变形问题，模型采用更新的Lagrangian格式确定应变的定义，非线性方程组采用迭代的方法求解，本模型所用的迭代方法称为Newton Raphson法，可写成下式：[KiT]{Δui}={Fa}-{Finr};{ui+1}={ui}+{Δui}]]>式中，为Jacobian形式系数矩阵；{u}为未知自由度值的向量；I为第i次迭代；为对应单元增量载荷的内力向量；{Fa}为名义载荷向量；ui+1为第i+1次迭代的边降量；ui为第i次迭代的边降量；Δui为第i次迭代的边降变化量；将Newton Raphson法在一个载荷步内分为三个子步，每个子步通过3次平衡迭代后达到平衡收敛；根据同一道次不同窜辊量边部增厚的实际检测数据，从中提取工作辊窜辊量改变量δSWi的特征点aj的边降改变值δEDi,aj，代入上述方程中计算得到一系列边降调控功效系数离散点，形成调控功效系数。