材料加工技术杂志

1、材料加工技术杂志147（2004）268-275偏转和残余应力的控制冷却的预测 热轧钢梁包括负载和任意支持 第二部分。实验验证和应用a大学物理与材料工程，莫纳什大学，克莱顿，维克的。 3800，澳大利亚b机械工程学院莫纳什大学系，克莱顿，维克。 3800，澳大利亚 收到2003年3月28日;接受二零零四年一月五日摘要 广义平面应变有限元分析的变形和残余应力在任意支持的计算预测， 热轧梁冷却的跳动表中，第一部分描述的，是通过比较残余应力值验证的强制冷却 U型梁，轨道及杆，通过这种分析与使用商业包装LUSAS通过全三维有限元分析预测预测。 残余应力的预测值被发现同意的精度之内的盲孔钻方法获得的值

2、后一种方法。结论提出的分析提供了一个计算高度经济技术预测 可接受的精度范围内，例如梁残余应力（和挠度）。 ©2004爱思唯尔B.V.保留所有权利。 关键词：梁;热轧;变形;残余应力;尺寸1引言 热轧过程中，用于制造宽 长材 - 结构部分，如通用范围 横梁和立柱（H型钢），法兰平行通道 （U型梁），角钢，钢轨，枕木，圆棒等。 在圆棒的支撑条件和差异 产品的几何形状需要特别注意。 经过热轧，轧制产品沿辊移动 表由碳钢辊，等距间隔约的 0.5-0.75米，到冷床这是一个框架 等距间隔的碳素钢束平行于各 等。后的光束被剪切至所需尺寸的 辊矫直机是用来消除热偏转 由塑性弯曲。 以上所有的热轧产

3、品具有恒定 横截面几何形状，但（除圆棒）*通讯作者。电子邮件地址： peter.thomson .au （ PF汤姆逊） 。1现住址：研发部，软件开发部，NEC解决方案私人有限公司， 649斯普林韦尔道，马尔格雷夫，维克。 3170 ，澳大利亚。2现住址：机械与制造工程学院，南洋理工大学，南洋大道，新加坡，新加坡。0924-0136 / $ - 见前面的问题©2004爱思唯尔BV保留所有权利。横截面的不同部分具有不同的厚度。这会导致非均匀的冷却和发展的热应力和热变形。在某些情况下，本热变形是大于最大开口较大辊矫直机和偏转光束不能拉直。辊矫直操作，提高设备

4、成本，减少轧机生产能力，并引入附加残余应力由于塑性弯曲。因此，为了减少制造成本和提高产品质量，降低热弯曲加工是非常重要的。在一些工厂，加速散热选择性实施以减小热变形。这个过程涉及的横截面的较厚部分的冷却光束由水或水和空气的混合物。热加速冷却过程中产生的应力，通常非常高（接近材料的屈服强度在特定的温度下） 。一种有效的设计选择性的冷却策略是不可能的，没有数值模拟热应力。的终轧温度热轧通常是以上900-950 C。温度边界条件后热因此，轧制包括瞬时辐射（在显著温度高于600-650 C） ，对流和传导在辊表或冷床。传导有上的总的热传递机制影响不大因为接触的区域（在一个光束的情况下的线与比较坐在辊表

5、上）是非常小的总的冷却表面。在圆杆的情况下，然而，导通至寒冷的支持是重要的，因为接触的区与总的冷却表面相比是比较大的。这会导致杆的横截面的非均匀冷却（在尽管圆对称）和热开发应力。热轧光可连续支持被认为是在离开最后一个轧机机座之后。立即在这之后，热弯曲开始，并根据该标志热弯曲，梁被支撑，不论是在结束或在中间。在长束的情况下，动作其自身的重量会造成光束接触到与该辊的表或冷床在其他点比端部或中部和分析从而成为超静定。曲率不是恒定的，而是函数的光束和位置的重量。该分析是由事实进一步复杂化了在一个典型的冷却循环热曲率改变符号热轧碳素钢束因分解在高温（奥氏体）阶段。改造奥氏体向铁素体和渗碳体，需要考虑热膨

6、胀的函数的系数的温度，冷却速率和相位的组合物。上述的温度边界条件要求因为辐射的非线性瞬态热分析，和材料特性和温度有关。在热轧过程中，瞬态后连续冷却应力通常会超过材料的屈服强度在对应的温度在某一阶段。这就要求增量非线性应力分析。本论文给出了数值模拟和实验的账户用于预测的计算模型的验证偏转和残余应力的热轧钢下梁的控制冷却的跳动表在第一部分中描述 1 ，从早期作品阐述在文献 2 和广义平面应变公式由于Abouaf等。 3：它包括潜在的一些例子应用程序。验证被限制在一定程度上通过炉子的可加热的尺寸梁标本。该钻孔方法的准确度测量残余应力进行了讨论并指出该菌株的测定，使用电的精度电阻应变片严重限制了精度与

7、残余应力低的值可以被测量。2温度场的计算实验室和工程H型钢测量， U型梁，角度和AISI1010的下杆相媲美 条件5的研究表明温度的纵向变化 上（记录在2Hz用光学高温计） 跳动表是小的，从而使一个二维温度测量和分析是令人满意的。热轧棒分别为 22米长，在15毫秒-1行驶。 温度的所有计算模型用于计算 变形和残余应力，在第一部分所述，分别为 因此，在商业程序包执行LUSAS6， 采用2D，非线性瞬态温度分析 包括对流，辐射和热传导。后 离散，控制方程的形式为：CT +KT= R （1）其中，比热矩阵： (2)其中，N是形函数矩阵，A是面积表面和矩阵：(3)其中K为热导率的矩阵，B是 形函数的导

8、数矩阵，为密度，C 热容量和hc为对流换热系数转移。 的热容量的效果是作为速率的一部分 热负荷的6：+ (4)其中Te是周围环境的温度。 后向差分整合方案，这是无条件稳定，用于在LUSAS非线性温度分析。焓变 (5)介绍的是用于分析，包括相变。 有效的热容量，C *，包括的影响 该相变的潜热。如果相变 发生时，H被插入作为温度的函数，用 的C *初始值。有效的比热，然后插 从焓的值。如果没有发生变化（一 单相区），C *的初始值。 平均算法被用于评估C *。为了确保 所包含的任何相变的影响，空间和 温度的衍生物被包含在使用的表达 评估比热。 焓变是使用表达式的解释： （6）其中n是结点的数目。解决方案是由修改后的牛顿 - 拉夫逊法。3残余应力的测量 盲孔钻方法，如在ASTM描述 标准E837-857，曾受雇于审定 残余应力的计算预测中概述 第一部分：这种方法允许应力的测定平均值 在小体积的局部应力，并适用于 不规则的部分，不像其他的机械技术，例如 作为切片技术。 残余应力通过测量确定 应变中的一个应变片莲座中心松弛 通过一个1.8毫米增量（0.16毫米）钻孔生产 根据在所述的步骤直径孔 以上标准由Schajer给