Разработка и практическое применение метода анализа напряженно-деформированного состояния металла для процессов горячей сортовой прокатки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.03.05, кандидат технических наук Машкова, Надежда Николаевна

• Машкова, Надежда Николаевна
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Машкова, Надежда Николаевна

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

Введение

1. Обзор существующих моделей прокатки

1.1. Эмпирические и статистические методы

1.2. Методы, позволяющие свести расчет деформации полосы в калибре к расчету прокатки в гладких валках

1.3. Модели прокатки, основанные на уравнениях механики сплошной среды

1.3.1. Модели, основанные на решении упрощенных дифференциальных уравнений равновесия

1.3.2. Модели, основанные на методе характеристик и методе функций тока

1.3.3. Применение вариационных принципов в теории пластичности

1.3.4. Численные методы, используемые при решении задач ОМД

1.3.5. Моделирование процесса^ прокатки с использованием метода конечных элементов

1.4. Выводы. Постановка задачи исследования

2. Методика расчета деформационных и энергосиловых параметров прокатки сортовых профилей

2.1. Математическая модель формоизменения металлов, обладающих скоростной чувствительностью

2.2. Основные соотношения метода конечных элементов (МКЭ) для объёмной задачи

2.3. Основные допущения, принимаемые при физической постановке задачи сортовой прокатки

2.4. Алгоритм построения пространственного напряженно-деформированного состояния для элемента очага деформации

2.5. Соотношения МКЭ для обобщенной задачи

2.6. Факторы, влияющие на процесс прокатки в калибрах:

2.6.1. Вычисление нейтрального сечения

2.6.2. Учет подпора рассматриваемого сечения со стороны соседних сечений

2.6.3. Изменение контура сечений валка в зависимости от координаты плоскости сечения очага деформации. Определение координаты 2 — 1д точки захвата металла валками

2.6.4. Вычисление скоростей движения точек контактной поверхности с учетом пошагового изменения контура

2.7. Граничные условия при решении задач прокатки

2.8. Вычисление продольной скорости сечений полосы

2.9. Задание механических свойств металлов и сплавов при горячей обработке давлением

2.10. Определение усилия и момента прокатки

2.11. Выводы

3. Структура и функциональные возможности пакета SPLEN-S (Rolling)

3.1. Препроцессор пакета SPLEN-S (Rolling)

3.2. Ядро пакета SPLEN-S (Rolling)

3.3. Постпроцессор пакета SPLEN-S (Rolling)

3.4. Выводы

4. Моделирование и анализ процесса прокатки с использованием комплекса

программ SPLEN-S (Rolling)

4.1. Исследование влияния количества элементов разбиения очага деформации на точность вычислений

4.2. Влияние выбора нейтрального сечения на точность моделирования

4.3. Сравнительный анализ расчетных и экспериментальных показателей формоизменения при прокатке в гладких валках, полученных на лабораторном стане МГМИ

4.4. Оценка адекватности модели реальному процессу на основе экспериментально-промышленных данных о сортовой прокатке

4.5. Анализ возможностей пакета программ SPLEN-S (Rolling) в сравнении с программой трехмерного моделирования прокатки в калибрах SHPROL

4.6. Влияние условий прокатки на формоизменение, кинематику течения и напряженное состояние металла

4.7. Выводы

5. Применение пакета SPLEN-S (Rolling) для анализа и совершенствования

промышленных калибровок валков

5.1. Анализ и изменение новой промышленной калибровки стана 320/250 завода "Серп и Молот" с целью получения качественного профиля

5.2. Результаты опытно-промышленного опробования вычислительной системы на Магнитогорском металлургическом комбинате

5.3. Выводы

6. Выводы

7. Список литературы

Приложения

4

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и практическое применение метода анализа напряженно-деформированного состояния металла для процессов горячей сортовой прокатки»

ВВЕДЕНИЕ

В условиях современного рынка и конкуренции между предприятиями все большее внимание уделяется расширению и совершенствованию структуры профильного и марочного сортамента проката и повышению его качества, наиболее полному использованию возможностей установленного оборудования. Все чаще возникает необходимость в производстве малых партии проката, новые для отечественных прокатных цехов, требующих модернизации существующих и разработки новых калибровок. Обширного экспериментирования требуют также процессы, использующие новые материалы, формы калибров, высокую скорость прокатки. При разработке технологических процессов возникает потребность прогнозирования поведения конкретных материалов при конкретных условиях горячей пластической деформации. В целях выпуска качественной продукции и научных исследований процесса возникает необходимость в знании возникающих в процессе прокатки в калибрах распределения деформации, скоростей деформации, напряжений, температуры.

Промышленные экспериментальные исследования в этой области чрезвычайно дорогостоящи, и почти всегда требуют прерывания производственного процесса и привлечения специальной техники. Значительная трудоемкость таких исследований и малочисленность имеющихся в литературе экспериментальных данных по прокатке в калибрах замедляет и делает более дорогой разработку новых технологических процессов и усовершенствование существующих. Более того, экспериментальное получение распределения напряжений и скоростей деформации по толщине раската вызывает большие затруднения.

Одно из решений этой проблемы лежит в создании компьютерной системы, моделирующей процесс деформирования металла при прокатке в калибрах. Организация вычислительного эксперимента, с одной стороны, уменьшает время принятия технологического решения, с другой стороны, позволяет избежать трудоемких и дорогостоящих промышленных экспериментов, связанных с уточнением технологии, и, уже на стадии проектирования, выявить возможные дефекты формы, степень проработки металла. Тем самым проектный технологический процесс может быть максимально приближен к рабочему.

Широкое распространение персональной вычислительной техники породило значительный рост количества работ в области разработки математических методов моделирования и создания различных моделей процессов обработки металлов давлением, в том числе и процесса прокатки в калибрах. Однако, как показал обзор работ в этой области, существующие модели прокатки в калибрах либо существенно упрощают про-

цессы, происходящие в очаге деформации, и не дают в достаточном объеме необходимую информацию о дифференциальных характеристиках напряженно-деформированного состояния, либо требуют для реализации вычислений слишком много времени, мощной и дорогостоящей вычислительной техники, что существенно ограничивает возможности проведения вычислительных экспериментов, научных исследований и использования непосредственно в условиях производства.

Таким образом, становится актуальной разработка математической модели прокатки ,в калибрах, наиболее полно и адекватно отражающей процессы, протекающие в деформируемой полосе. При этом возникает потребность в компьютерных программах, отличающихся повышенным быстродействием, учитывающих особенности элементов калибра и задаваемого в него сечения, предназначенных для анализа явлений, происходящих в очаге деформации, а также для проектирования новых систем калибров в условиях калибровочного бюро сортопрокатного цеха.

В данной работе предложена модификация полуаналитического метода конечных элементов для решения объемной задачи прокатки и алгоритм построения пространственного напряженно-деформированного состояния полосы в очаге деформации при установившемся режиме прокатки в калибрах. Модель реализована в виде вычислительной системы, прогнозирующей формоизменение и напряженно-деформированное состояние металла в очаге деформации при прокатке в калибрах произвольной формы.

Достоверность основных положений диссертации обеспечена строгостью постановки задачи и применением современных обоснованных вычислительных методов и средств; подтверждается сравнением результатов расчета с результатами экспериментальных исследований и промышленными данными; сопоставлением полученных решений с результатами решения подобных задач другими авторами; практическим применением системы в промышленности.

В заключении автор считает необходимым выразить свою глубокую признательность профессору, доктору технических наук Чумаченко E.H. за научное руководство при написании работы, а также доценту Шишко В.Б. за консультативное участие в работе. Автор выражает искреннюю признательность коллективу кафедры Теоретической механики и её руководителю профессору Скороходову А.Н. за ценные практические замечания при обсуждении данной работы, а также коллективу сортопрокатного цеха завода "Серп и Молот" за помощь и внимание при выполнении работы.

Заключение диссертации по теме «Технологии и машины обработки давлением», Машкова, Надежда Николаевна

Глава 6. ВЫВОДЫ

1. Разработана математическая модель пространственного течения нелинейной сплошной среды с заранее неизвестными границами, под воздействием внешней нагрузки, моделирующей прокатку в калибрах с учетом трения в поперечном и продольном направлении. Построен алгоритм решения, основанный на полуаналитическом методе конечных элементов, ориентированный на исследование напряженно-деформированного состояния (НДС) металла в очаге деформации.

2. Разработана вычислительная система SPLEN-S (Rolling), реализованная на IBM-совместимых персональных компьютерах, позволяющая осуществлять направленный поиск оптимального решения по выбору геометрии калибров, а также технологических параметров процесса, с целью получения готового проката заданной формы и с требуемым качеством, обеспечивающих экономию энергозатрат.

Высокий уровень автоматизации подготовки данных и наглядная форма представления результатов делают вычислительную систему SPLEN-S (Rolling) удобным инструментом для исследователей, конструкторов и разработчиков технологических процессов, работающих над созданием новых, в том числе нетрадиционных, и изменением существующих калибровок валков.

4. На основе серии численных экспериментов исследовано влияние условий прокатки на кинематику течения и НДС металла в очаге деформации. Получены известные из литературы закономерности теории прокатки. Анализ быстродействия алгоритма, точности и устойчивости результатов вычислений показал его применимость для использования в промышленных условиях и возможность в приемлемые сроки получать результаты для теоретического анализа полей напряжений, деформаций, скоростей деформаций.

5. Анализ сравнения результатов расчета по модели с данными экспериментального исследования, полученным для действующих промышленных калибровок валков отечественных станов и в лабораторных условиях, а также с известными решениями задачи прокатки, полученными другими авторами, показал адекватность модели реальному процессу в широком диапазоне изменения технологических параметров.

6. Предложена методика анализа калибровки, поиска и уточнения наиболее рациональной формы промежуточных калибров валков с использованием вычислительной системы SPLEN-S (Rolling).

7. Вычислительная система использована при разработке новой промышленной калибровки валков на сортопрокатном стане 320/250 завода "Серп и Молот" для прокатки полосы 18X36 мм из стали Ст 35. Варьированием формы промежуточных калибров было получено расчетное сечение полосы, наиболее точно соответствующее требованиям ГОСТ 103-76 к полосовой стали. На основе расчетных результатов в исходную калибровку внесены изменения.

8. Опытно-промышленное опробование системы выполнено в калибровочном бюро АО "ММК" на действующих калибровках сортовых станов 500, 300-2, 250-1 и проволочного стана 250-2 АО "ММК. Полученные результаты расчета обладают высокой степенью достоверности, а пользовательский интерфейс и графические возможности представления результатов удобны пользователю. Вычислительная система SPLEN-S (Rolling) использовалась в течении 1995-1997 гг. при разработке и совершенствовании калибровок на сортопрокатных станах АО "ММК".

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Машкова, Надежда Николаевна, 1999 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Малинин H.H. Прикладная теория пластичности и ползучести. — М.: Машиностроение, 1975. — 399 с.

2. Романов К.И. Механика горячего формоизменения металлов. — М.: Машиностроение, 1993.— 240 с.

3. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике: Пер. с англ. — М.: Мир, 1975. —542 с.

4. Гун ГЛ. Математическое моделирование процессов обработки металлов давлением. — М.: Металлургия, 1983. — 352 с.

5. Бровман М.Я. Применение теории пластичности в прокатке. — М.: Металлургия, 1991. — 254 с.

6. Берковский B.C. Исследование пластического формоизменения при прокатке в калибрах: Дис...канд.техн.наук. —М.: МИСиС, 1965. — 195 с.

7. Чижиков Ю.М. Теория подобия и моделирование процессов обработки металлов давлением. — М.: Металлургия, 1970. — 295 с.

8. Чекмарёв А.П., Мутьев М.С., Машковцев P.A. Калибровка прокатных валков. — М.: Металлургия, 1971. — 509 с.

9. Диомидов Б.Б., Литовченко Н.В. Калибровка прокатных валков. — М.: Металлургия, 1970. —312 с.

10. Полухин П.И., Хензель А. Технология процессов обработки металлов давлением. — М.: Металлургия, 1988.— 408 с.

11. Жадан В.Т., Берковский B.C., Чередников В.А. Аналитическое определение отклонения размеров сортовых профилей при различных возмущениях // Изв. ВУЗов. Чёрная металлургия, 1977. — Сообщ. 1. — № 1. — С. 25-27;— 1987. — Сообщ. 2. — № 3. —С. 40-42.

12. Жадан В.Т. Математическая статистика в черной металлургии. — Киев: Техника, 1976. —230 с.

13. Берковский B.C., Зайцев В.В., Шишко В.Б. Исследование средней вытяжки в паре калибров // Изв. ВУЗов. Чёрная металлургия. — 1994. — № 1. — С. 27-28.

14. Смирнов В.К., Шилов В.А., Инатович Ю.В. Калибровка прокатных валков. — М.: Металлургия, 1987. — 368 с.

15. Смирнов В.К., Шилов В.А., Литвинов К.И. Деформации и усилия в калибрах простой формы. — М.: Металлургия, 1982. — 144 с.

16. Шилов В.А., Смирнов В.К., Инатович Ю.В. Уширение при прокатке в калибрах с учетом реологических свойств металла // Изв. ВУЗов. Чёрная металлургия. — 1995.—№4. —С. 39-42.

17. Минкин A.B. Метод расчета усилий при прокатке в вытяжных калибрах

// Разработка и исследование оборудования прокатных станов / ВНИИметмаш. — М., 1990. —С. 86-97.

18. Хайкин Б.Е., Козлов В.В. Единая математическая модель процессов прокатки простых и фасонных профилей // Обработка металлов давлением. — Свердловск: УПИ, 1983. —Вып.1. —С. 58-61.

19. Хайкин Б.Е. Аппроксимация эмпирических зависимостей в условиях обработки металлов давлением. — Свердловск: УПИ, 1984. — 60 с.

20. Теория и технология процессов пластической деформации. — М.: МИСиС, 1997. —583 с.

21. Бахтинов Б.П., Штернов М.М. Калибровка прокатных валков. — М. : Метал-лургиздат, 1953. — 783 с.

22. Кривенцов A.M. Разработка единой основы для определения интегральных параметров деформации при прокатке в калибрах на двух- и многовалковых станах

// Теория и технология процессов пластической деформации. — М.: МИСиС, 1997.

— С. 135-136.

23. Целиков А.И. Теория расчета усилий в прокатных станах. — М.: Металлургиз-дат, 1962. —494 с.

24. Целиков А.И., Никитин Г.С., Рокотян С.Е. Теория продольной прокатки. — М.: Металлургия, 1980. — 320 с.

25. Смирнов B.C. Теория прокатки. — М.: Металлургия, 1970. — 460 с.

26. Теория прокатки крупных слитков / А.П.Чекмарев, В.П.Павлов, В.И.Мелешко и др. — М.: Металлургия, 1981. —224 с.

27. Рокотян С.Е. Теория прокатки и качество металла.—М.: Металлургия, 1981.—224с.

28. Von Karman Т. On the Theoiy of Rolling // Z. Angew. Math. Mech. — 1925. — №5. —S. 130-141.

29. Теория прокатки: Справочник / А.И. Целиков, А.Д. Томлёнов, В.И. Зюзин и др.

— М.: Металлургия, 1982. — 335 с.

30. Rusia D. Review and Evalution of Different methods for forse and torque calculations in the strip rolling process // J.Materials Shaping Technology. — 1991. — V. 9, №2. —P. 120-125.

31. Зюзин В.И., Кривенцов A.M. Уширение при прокатке в калбрах // Тр. ВНИИметмаш. — 1970. — № 28. — С. 81-100.

32. Седов Л.И. Плоские задачи гидродинамики и аэродинамики: 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Наука, 1966. — 448 с.

33. Гун Г.Я. Теоретические основы обработки металлов давлением (теория пластичности). — М.: Металлургия, 1980. — 688 с.

34. Методика построения функций тока для анализа деформированного состояния металла при прокатке в калибрах / В.П.Кошеленко, А.П.Ткаченко, Т.Г. Кузина и др.

// Математическое моделирование технологических процессов обработки металлов давлением: Тез. докл. всесоюзной научно-техн. конф. — Пермь, 1990. — С. 95.

35. Качанов JI.M. Основы теории пластичности. — М.: Наука, 1969. — 420 с.

36. Томлёнов А.Д. Теория пластического деформирования металлов. — М.: Металлургия, 1972. —408 с.

37. Мосалов П.П., Мясников В.П. Механика жестко-пластических сред. — М.: Наука, 1981.—208 с.

38. Бровман М.Я. Особенности процесса прокатки при возникновении внутренних трещин // Изв. АН СССР. Металлы. — 1982. — № 4. — С. 60-64.

39. Луговской В.М., Третьяков Е.М., Дрозд В.Г. Исследование процесса прокатки полосы в ромбических калибрах // Теория прокатки. — М.: Металлургиздат, 1962. — С. 592-600.

40. Луговской В.М., Третьяков Е.М. Методика расчета силовых параметров прокатки в ромбических калибрах // Расчеты процессов пластического формоизменения металлов. — М.: Изд. АН СССР, 1962. — С. 25-29.

41. Зайцев М.Л., Ануфриев Г.В. Определение энергосиловых параметров прокатки в калибрах//Сталь. — 1971.—№ 10. —С. 15-17.

42. Лавреньев М.А., Шабат Б.В. Методы теории функций комплексного переменного. — М.: Наука, 1973.— 736 с.

43. Гун Г.Я., Полухин П.И. К уточнению потенциальных решений плоских и осе-симметричных задач пластического течения // Изв. ВУЗов. Чёрная металлургия. — 1971. —№5. —С. 61-65.

44. Гун Г.Я., Полухин П.И. Метод конформных отображений в теории неупругой сплошной среды // Прочность и пластичность. — М.: Наука, 1971. — С. 132-149.

45. Гун А.Я., Гун Г.Я. Конформные отображения от произвольного четырехугольника на прямоугольник // Изв. ВУЗов. Чёрная металлургия. — 1982. — № 1. — С. 152-153.

46. Теория обработки металлов давлением / И.Я.Тарновский, А.А.Поздеев, О.А.Ганаго и др. — М.: Металлургиздат, 1963. — 672 с.

47. Михлин С.Г. Численная реализация вариационных методов. — М.: Наука, 1966. —376 с.

48. Тарновский И.Я., Скороходов А.Н., Илюкович В.М. Элементы теории прокатки сложных профилей. — М.: Металлургия, 1972. — 352 с.

49. Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением: Учебник для ВУЗов 4.1 и 2 — М.: Металлургия, 1986. — 688 с.

50. Колмогоров В.Л. Напряжения, деформации, разрушение. — М.: Металлургия, 1970. —230 с.

51. Turczyn С. Cjmparison of the upper bound on the power for plañe strain rolling process // Metalurgia i odlewnictwo. — 1992. — V. 18 — № 3. — P. 451-465.

52. Avitzur В., Pachla W. The upper bound approach to plane strain problems using linear and rotational velocity fields (part 1 and 2) // Trans, of the ASME. J. of Engg. for Ind. — 1986. —V. 108, November. — P. 295-316.

53. Смирнов B.K. Исследование вариационного уравнения принципа возможных изменений деформированного состояния для задач с заранее неизвестными границами пластического очага деформации // Теория и технология прокатки. — Челябинск: ЧПИ, 1972. — № 102. — С. 3-10.

54. Oh S.I., Kobayashi S. An approximate method for a three-demensional analysis of rolling // Int. J. Mech. Sci. — 1975. — № 17. — P. 293.

55. Kato K., Murota Т., Kumagai T. An analysis of flat rolling of bar by the energy method // Int. J. JSIP. — 1980. — V. 21. — P. 359.

56. Komori K., Kato K., Murota T. Analysis of Rolling of Bars by Energy Method using Finite Element Division // Bullutin of the JSME. —1986. — V. 29,№251.—P. 1412-1418.

57. Komori K., Kato K. Analysis of Effect of Tension in Bar Rolling by Energy Method using Finite-Element Division // JSME Int. J. —1991. —V. 34, № 3. — P. 305-311.

58. Komori K., Kato K., Murota T. Analysis of Rolling of Bars by Energy Method using Finite Element Division // JSME Int. J. — 1988. — V. 31, № 2. — P. 257-263.

59. Kato K., Murota Т., Komori K. Impruvment of the Energy Method using Finite Element Division and Application to Flat-rolling // Bullutin of the JSME. — 1986. — V. 29, № 251. — P. 1404-1411.

60. Komori K., Kato K., Murota T. and... Analysis of Rolling of Angles by Energy Method using Finite Element Division // JSME Int. J. — 1987. — V. 30, № 362. — P. 30-40.

61. Akgerman N., Lahoti C.D., Altan T. Computer-Aided Roll Pass Design in Rolling of Airfoil Shapes // Journal Applied Metalworking. — 1980. — V. 1, № 3. —P. 50-54.

62. Kennedy K., Altan Т., Lahoti G. Computer-Aided Analysis of Metal Flow Stresses and Roll Pass Design in Rod Rolling // Iron and Steel Engineer. — 1983. —V. 62, № 6. — P.1404-1411.

63. Барков JI.A., Каменщиков Ю.И., Выдрин B.H. Математическое моделирование и расчет на ЭВМ усилий и деформаций при прокатке в многовалковых калибрах: В 2 т. — Челябинск, 1981. — Т. 1. - 47с.; Т. 2. - 74 с.

64. Коновалов Ю.В., Егоров А.И., Корохов В.Г. Определение мощности деформации методом верхней оценки при прокатке толстых листов с равномерным распределением температуры по толщине // Изв. ВУЗов. Чёрная металлургия. — 1994. — № 6. — С. 26-27.

65. Мильцын A.M., Трусан Л.П. Математическая модель простого процесса прокатки в условиях гипотезы плоских сечений // Проблемы прочности. — 1992. — № 9. — С. 39-44.

66. Теория пластических деформаций металлов / Е.П.Унксов, У.Джонсон, В.Л.Колмогоров и др.; Под ред. Е.П.Унксова, А.Г.Овчинникова. —М.: Машиностроение, 1983. — 589 с.

67. Колмогоров B.J1., Выдрин A.B. Определение напряженно-деформиро-ванного состояния полосы при прокатке вариационным методом // Изв. ВУЗов. Чёрная металлургия. — 1988. — № 8. — С. 81-88.

68. Полухин П.И., Берковский B.C., Гун ГЛ. К теории пластического формоизменения при прокатке в калибрах // Изв. ВУЗов. Чёрная металлургия. —1965. — № 3. — С. 81-88.

69. Поздеев A.A., Няшин Ю.И., Трусов П.В. Остаточные напряжения. Теория и приложения. — М.: Наука, 1982. — 111 с.

70. Бежанян А.Р. Математическая модель расчета калибровки валков при прокатке фланцевых профилей // Математическое моделирование технологических процессов обработки металлов давлением. Тез. докл. всесоюзной научно-техн. конф. — Пермь, 1990. —С. 67.

71. Park J J., Oh S.I. Application of Three Dimensional Finite Element Analisis to Shape Rolling Processes // Transactions of the ASME. J.Engg. for Ind. — 1990. — V. 112, February — P. 36-46.

72. Хайкин Б.Е. Определение свободных границ очага деформации в вариационных задачах стационарного формоизменения // Изв. ВУЗов. Чёрная металлургия. — 1987.—№7. —С. 82-86.

73. Хайкин Б.Е. Единая математическая модель формоизменения при сортовой прокатке // Модели, алгоритмы и программное обеспечение для САПР и АСУ процессов ОМД на предприятиях черной металлургии. — Челябинск, 1992. — С. 15-16.

74. Шехтер Р. Вариационный метод в инженерных расчетах. — М.: Мир, 1971. — 304 с.

75. Победря Б.Е. Численные методы в теории упругости и пластичности: Учебное пособие.— 2-е изд. — М.: Изд-во МГУ, 1995.— 366 с.

76. Ректорис К. Вариационные методы в математической физике и технике.: Пер. с англ. — М.: Мир, 1985.— 590 с.

77. Михлин С.Г. Вариационные методы в математической физике. — М.: Наука, 1970. —512 с.

78. Математическая модель процесса формоизменения при прокатке сортовых профилей / В.Т. Жадан, В.С.Берковский, Б.Н. Брюхов и др. // Изв. ВУЗов. Чёрная металлургия — 1978. — № 11. — С. 66-74.

79. Самарский A.A., Гулин A.B. Численные методы. — М.: Наука, 1989 г. — 429 с.

80. Самарский A.A., Николаев Е.С. Методы решения сеточных уравнений. — М.: Наука, 1978. — 592 с.

81. Ноговицин A.B. К решению плоской задачи течения металла при прокатке // Теория и практика производства широкополосной стали. — М.: Металлургия, 1979.—Вып. 3. —С. 5-11.

82. Марчук Г.И., Агошков В.И. Введение в проекционно-сеточные методы. — М.: Наука, 1981.—416 с.

83. Конечно-разностный алгоритм решения задачи о кинематике очага деформации при прокатке / ГЛ. Фень, Г.Г. Шломчак, В.И. Кузьменко и др. // Устойчивость и прочность элементов конструкций. —Днепропетровск, 1975. —Вып. 2. — С. 132-139.

84. Напряженное состояние металла в очаге пластической деформации при прокатке / Ю.Е. Власенко, В.И. Кузьменков, Г.А. Фень и др. // Устойчивость и прочность элементов конструкций (Днепропетровск). - 1975. — Вып. 2. — С. 149-159.

85. Флетчер К. Численные методы на основе метода Галёркина. :Пер. с англ. — М.: Мир, 1988, —352 с.

86. Бреббюс К., Теллес Ж., Вроубел Л. Метод граничных элементов. — М.: Мир, 1987. —524 с.

87. Kragla A.A., Lutfullin R.Ya., Tayupov A.R. Formation of spherical vessels out of superplastic preforms // Abstracts for ICSAM-94. — 1994. — P. 174.

88. О применении метода граничных элементов в решении задач обработки металлов давлением / Ю.В. Филонов, Г.П. Бородай, В.И. Еремеев и др. // Теория и технология производства сортового проката и гнутых профилей. — Харьков: УкрНИИмет, 1991. —С. 5-10.

89. Крауч С., Старфилд А. Методы граничных элементов в механике твердого тела: Пер. с англ. — М.: Мир, 1987. — 328 с.

90. Объемные задачи теории прокатки / А.И.Целиков, В.К.Белянинов, И.Н.Ананьев и др. // Тр. МВТУ им. Н.Э.Баумана. — 1984. — № 412. — С. 8-24.

91. Биба Н.В. Математическое моделирование процесса прокатки методом конечных элементов: Автореф. дис... канд. техн. наук. — М.: МИСиС, 1983. — 22 с.

92. Li G.J., Kobayashi S. Rigid-Plastic Finite Element Analysis of Plane Strain Rolling // J. Engg. for Ind. — 1982. — V. 104, Feb — P. 55-64.

93. Mori K., Osakada K. Simulation of Three-Dimentional Deformation in Rolling by the Finite Element Method // Int. J. Mech. Sci. — 1984. — V. 26. — P. 515-525.

94. Bertrand C., David C., Chenot J.L. Stresses Calculation in Finite Element Analysis of Three-Dimensional Hot Shape Rolling // Proc. NUMIFORM 86 Conference. — Gothenburg (Sweden). — 1986. — P. 207-212.

95. Селянинов А.А., Термомеханика стальной полосы в совмещенном многопере-хоном процессе деформации: Автореф.дис...д.техн.наук. —Пермь, 1998. — 31 с.

96. Сегерлинд Л. Применение метода конечных элементов.: Пер. с англ. — М.: Мир, 1979. — 392 с.

97. Голлагер Р. Метод конечных элементов. Основы.: Пер. с англ. — М.: Мир, 1984.-428 с.

98. Оден Д. Конечные элементы в нелинейной механике сплошных сред.: Пер. с англ. — М.: Мир, 1976. — 464 с.

99. Oh S.I. Finite Element Analysis of Metal Forming Process With Arbitrary Shaped Dies // Int. J. Mech. Sci. — 1982. — V. 24, № 5. — P. 479-493.

100. Калмыков В.В., Ананьев И.Н., Белянинов В.К. Расчет энергосиловых параметров прокатки при захвате // Изв. ВУЗов. Машиностроение. — 1983. — № 10. — С. 106-109.

101. Petruska J. An ansteady finite element simulation of plane strain hot rolling // Metallurgy and foundry engineering. — 1992. — V. 18, № 4. - P. 547-555.

102. Nikaido H. FEM simulation of non-steady deformation in edge rolling // J. Jap. Soc. Technol. Plast. —1983. — V. 24. — P. 486-492.

103. Афанасьев С.И., Нестеров С.Д., Бородай Г.П. Расчет методом конечных элементов энергосиловых параметров и формоизменения при прокатке полос в некруглых валках // Теория и технология процессов пластической деформации. — М.: МИСиС, 1997. —С. 150-151.

104. Селянинов А.А., Подгаец P.M., Акулич Ю.В. Пакет программ «NDSSPR» для исследования процесса совмещенной прокатки непрерывнолитой заготовки

// Модели, алгоритмы и программное обеспечение для САПР и АСУ процессов ОМД на предприятиях черной металлургии. — Челябинск, 1992. — С. 6-7.

105. Zienkiewich О.С., Godbole P.N. Flow of plastic and visco-plastic solids with special reference to extrusion and forming processes // Int. J. Num. Meth. in Eng. — 1974. — P. 3-16.

106. Finite element analysis of steady fluid and metal flow / Y. Yamada, K. Ito,

Y. Yokouchi et al. // Finite element methods in flow problems: Int. symp. SwanSea. — Huntswille, 1974. — P. 465-469.

107. Zienkiewich O., Onate E., Heinrich J. A general formulation for coupled thermal flow of metals using finite elements. // Int. J. Num. Meth. in Eng., — 1981. — P. 1497-1514.

108. Трусов П.В., Няшин Ю.И., Столбов В.Ю. Об одном алгоритме решения задач установившегося течения металла // Обработка металлов давлением. — Свердловск, 1979. — Вып. 6. — С. 82-86.

109. Huisman Н. J., Huetink J. A Combined Eulerian-Lagrangian Three-Dimensional Finite-Element Analysis ofEdge Rolling//J. Mech. Work. Tech. —1985.—V. 11. —P. 333-353.

110. Li G.J., Kobayashi S. Spread Analysis in Rolling by the Rigid-Plastic Finite Element Method // Proc. NUMIFORM 82 Conference. — Swansee (UK), 1982. — P. 777-787.

111. Osakada K., Nakano J., Mori K. Finite Element Method for Rigid-Plastic Analysis of Metalforming — Formulation for Finite Deformation // Int. J. Mech. Sci. — 1982. — V. 24, № 8. — P. 459.

112. Hideyaki N. Rigid—plastic analysis of slab edge rolling by FEM // Kawasaki Steel Giho. —1982. —V. 14. —P. 69-81.

113. Boer C.R., Rebelo N., Rydstad H. and Schroder G. Process Modelling of Metal Forming and Thermomechanical Treatment. — Heidelberg: Springer-Verlag Berlin, 1986. — 410p.

114. Kiefer B.V. Three-Dimensional Finite Element Prediction of Material Flow and Strain Distribution in Rolled Rectangular Billets // Proc. The 1st Int. Conf. on Tech. of Plasticity. — Tokyo, 1984.—P. 1116-1125.

115. Белянинов В.К., Ананьев И.Н, Чумаченко Е.Н. Объемные задачи теории и технологии ОМД // Вопросы теории пластичности в современной технологии: Сб. тез. всесоюзного симпозиума. — М.: Изд-во МГУ, 1985. — С. 25-26.

116. Liu С., Hartley P., Sturgess C.E.N. Rowe G.W. Analysis of Stress and Strain Distributions in Slab Rolling Using an Elastic-Plastic Finite Element Method // Proc. NUMIFORM 86 Conference. — Gothenburg (Sweden), 1986. — P. 231-236.

117. Rao S.S., Alok K. Finite Element Analysis of Cold Strip Rolling // Int. J. Mach. ToolDes. Res.— 1977. — V. 17.—P. 159-168.

118. Рыбин Ю.И. Анализ напряженно-деформированного состояния при прокатке высоких полос // Математическое моделирование металлургических и сварочных процессов — М.: ИЧМ, 1983. — С. 92-100.

119. Yarita I., Millett R., Lee E. Stress and deformation analysis of plain-strain rolling process // Steel Res. — 1985. — V.56. — P. 255-259.

120. Гун Г.Я., Биба H.B. Исследование процесса прокатки с применением метода конечных элементов // Науч. тр. МИСиС. —1982. — № 145. — С. 8-12.

121. Mori К., Osakada К., Fukuda М. Analysis of stress and deformation distribution in flat rolling // Proc. 1985, Japanese Joint Conf. Tech. Plasticity. — Tokyo, 1985. — P. 17.

122. Hsu C.T., Evans R.W. Finite element analysis on the hot rolling of steel // Proc. 3rd Int. Conf. Tech. Plasticity. — Tokyo, 1990. — P. 587-593.

123. Lenard J.G., Pietrzyk M. Thermal-mechanical modelling of a hot strip mill // Proc. 3-rd Int. Conf. Tech. Plasticity. — Tokyo, 1990. — P. 601-603.

124. Калмыков B.B., Чумаченко E.H., Ананьев И.Н. Способ задания граничных условий при расчете машин и процессов обработки давлением // Изв. ВУЗов. Машиностроение. — 1985. — № 12. —С. 122-125.

125. Osakada К., Nakano J., Mori К. Finite Element Method for Rigid-Plastic Analysis of Metal Forming-Formulation for Finite Deformation // Int. J. Mech. Sci. — 1982. — V. 24, № 8. — P. 459-468.

126. Mori K., Osakada K. Finite element simulation of 3-dim plastic deformation of shape rolling (3-rd report Simulation of non-steady state deformation around front and rear ends)

// Transactions Jap. Soc. Mech. Eng. (JSME). —1991. —V. 57, № 538. — P. 1357-1368.

127. Xin P., Kihara J., Aizawa T. Rolling process analisys by the generalized plaine-strane modelling combined with deformation modes // J. Jpn. Soc. Tech. Plasticity. —1989. —

V. 30, №343.— P. 1180-1185.

128. Xin P., Kihara J., Aizawa T. Three-dimensional rolling deformation analysis with deformation mode method // Proc. 3-rd Int. Conf. Tech. Plasticity. — Tokyo, 1990. — P. 631-636.

129. Komori Kozutake Simulation of deformation and temperature in multipass caliber rolling // Trans. Jap. Soc. Mech. Eng. Ser.A. — 1993. — V. 59, № 568. — P. 2993-2999.

130. Amin Alpesh, Sadayappan P. Chaudhary Anil Parallel ALPID-3D: A 3-D metall forming program for parallel computers // Proc. 8th Int. Conf. Struct. Mech. and CAE. — Traverse City, 1992. — P. 259-268.

131. Чумаченко E.H., Скороходов А.Н., Александрович А.И. К вопросу о применении МКЭ в задачах о деформировании несжимаемых сред // Изв. ВУЗов. Чёрная металлургия. — 1985. — № 9. — С. 89-92.

132. Чумаченко E.H. Об одном методе решения задач течения с изменяющейся границей физически нелинейных сред. — М., 1981. — 14 с. — Деп. в Черметинфор-мация,№ 1231-81.

133. Скороходов А.Н., Чумаченко E.H., Смирнов О.М. Основы проектирования процессов деформирования металлов в состоянии сверхпластичности // Теория и технология металло- и энергосберегающих процессов обработки металлов давлением. МИСиС. — М.: Металлургия, 1986. — С. 61-72.

134. Ильюшин АА. Механика сплошной среды: Изд.3-е.—М.: Изд-во МГУ, 1990.— 310 с.

135. Методика расчета напряжений и деформаций при обработке давлением материалов со сложными реологическими свойствами / Е.Н.Чумаченко, А.Н.Скороходов, А.И.Александрович и др. // Изв. ВУЗов. Чёрная металлургия; Сообщ. 1.— 1981. — № 1. — С. 89-93; Сообщ. 2.— 1982. — № 1. — С. 60-62.

136. Чумаченко E.H. Разработка методов расчета процессов осадки и пневмофор-мовки материалов в состоянии сверхпластичности: Дис... канд.техн.наук. —М.: МИСиС, 1981. — д.с.п. — 206 с.

137. Xin P., Aizawa Т., Kihara J. Roll pass evaluation for hot shape rolling processes // Journal of Materials Processing Technjlogy. —1991. — V. 27. — P. 163-178.

138. Чумаченко E.H., Семянистый A.B., Грунин H.H. Автоматизирование технологических процессов изотермической штамповки на базе программного комплекса «SPLEN» // КШП. — 1993. — № 2. — С. 13-15.

139. Фомин JI.Ф. Давление металла на валки при продольной прокатке труб // Механика твердого тела. — 1987. — № 3. — С. 53-64.

140. Смирнов B.C. Теория прокатки. — М.: Металлургия, 1967.— 460 с.

141. Гайдук М., Конвичный Й. Силовые условия при горячей прокатке стали. — М.: Металлургия, 1985. —208 с.

142. Королёв A.A. Механическое оборудование прокатных цехов черной и цветной металлургии. — М.: Металлургия, 1976. — 544 с.

143. Томсен Э., Янг Ч., Кобаяши Ш. Механика пластических деформаций при обработке металлов: Пер. с англ. — М.: Машиностроение, 1969. — 503 с.

144. Выдрин В.Н., Федосеенко A.C., Крайнов В.И. Процесс непрерывной прокатки. — М.: Металлургия, 1970. — 456 с.

145. Mori Ken-Ichiro, Osakada К. Approximate Analysis of three dimentional deformation in edge rolling by the rigid-plastik finite element method // J. Jap. Soc. Technol. Plast. — 1982. — V. 23. — P. 897-902.

146. Николаев B.A. К расчёту коэффициента трения при горячей прокатке стали // Изв. ВУЗов. Чёрная металлургия. — 1994. — № 11. — С. 21-24.

147. Контактное трение в процессах ОМД / А.М.Леванов, А.Л.Колмогоров, С.П.Буркин и др. — М.: Металлургия, 1976. — 416 с.

148. Закономерности ползучести и длительной прочности: Справочник / Под общ. ред. С.А.Шестерикова — М.: Машиностроение, 1983. — 101 с.

149. Работаов Ю.Н. Ползучесть элементов конструкций. — М.: Наука, 1966. — 752 с.

150. Полухин П.И., Гун Г.Я., Галкин A.M. Сопротивление пластической деформации металлов и сплавов: Справочник. — 2 изд., перераб. и доп. — М.: Металлургия, 1983. —352 с.

151. Третьяков A.B., Трофимов Г.К., Зюзин В.И. Механические свойства металлов и сплавов при обработке металлов давлением. — М.: Металлургия, 1974. — 222 с.

152. Хензель А., Шпитгель Т. Расчёт энергосиловых параметров в процессах обработки металлов давлением: Справ, изд.: Пер. с нем. — М.: Металлургия, 1982. — 360 с.

153. Мастеров В.А., Берковский B.C. Теория пластической деформации и обработки металлов давлением. — М.: Металлургия. —1989. — 399 с.

154. Выдрин A.B. Энергостатический метод расчета усилия прокатки // Математическое моделирование технологических процессов обработки материалов давлением. — Пермь, 1990. — С. 77-78.

155. Ефимов А.Б., Чумаченко E.H. Решение задач теории упругости методом конечных элементов на базе пакета SPLEN-K. — М.: Изд. Моск. инст. электронного машиностроения. — 1992. — 32 с.

156. Чумаченко E.H., Александрович А.И. Применение метода конечных элементов в расчетах узлов металлургических машин и в задачах ОМД. — М.: Изд. МВТУ, 1989. —72 с.

157. Пластичность и разрушение. Под ред. В.Л.Колмогорова. — М.: Металлургия, 1977. —283 с.

158. Чередников В .А. Исследование влияния технологических параметров на точность легированного сортового проката: Дис... канд. техн. наук. — М., 1975. — 221 с.

159. Прокатка на блюминге / И.Я. Тарновский, Е.В. Пальмов, В.А. Тягунов и др. — М.: Металлургиздат, 1963. — 390 с.

160. Эффективность деформации сортовых профилей / С.А. Тулупов, Г.С. Гун, В.А. Онискив и др. — М.: Металлургия, 1990. — 281 с.

УТВЕРЖДАЮ УТВЕРЖДАЮ

Генеральный ^ир^кз^р КОММЕК Лтд /Главй з-да "Серп и Молот''

f/ш

Чумаченко E.H. ^Щ_Погонченков В.А.

[(?(// )Ц

1998 г. \Jlyll 1998 г.

Технический акт внедрения результатов научно-исследовательской работы по договору

№ __i?JL____от " ___ОС____ 1998 г.

Мы, нижеподписавшиеся, комиссия в составе: от завода "Серп и Молот" начальник сортопрокатного цеха Корж С.Г., старший калибровщик Нефёдкин Ю.А., от КОММЕК Лтд: отв. исполнитель, аспирант МИСиС Машкова H.H., эксперты по компьютерным системам Логашина И.В., Чумаченко С.Е. составили настоящий акт в том, что в соответствии с договором о совместной научно-технической деятельности были выполнены работы по имитационному моделированию новой промышленной калибровки валков на сортопрокатном стане 320/250 завода "Серп и Молот" для прокатки полосовой стали размером 18x36 мм из стали Ст35. С этой целью была использована вычислительная система SPLEN-S (Rolling).

На основе результатов предварительного расчета и пробного проката по исходной калибровке были определены недостатки формы конечного профиля и настроены параметры модели. С целью получения готового проката заданной формы, варьировались форма промежуточных калибров, настройка стана и проводилось численное прогнозирование заполнения чистового калибра. В соответствии с разработанным алгоритмом численного опробования калибровки, поиска и уточнения формы промежуточных калибров был осуществлен направленный поиск рациональной геометрии калибров. Получено расчетное сечение полосы, наиболее точно соответствующее требованиям ГОСТ-103 к полосовой стали, указанного размера. Выданы рекомендации о внесении в исходную калибровку изменений, приводящих к получению готового проката требуемого;качества.

По измененной калибровке была проведена прокатка, в результате которой получена полоса, удовлетворяющая всем заданным требованиям ГОСТ. При этом отклонение расчетных результатов от контура реального темплета при одинаковой настройке стана не превысило 1,5 %.

Результаты проведенных совместно исследований показали, что вычислительная система позволяет прогнозировать заполнение калибра, а также, на основе расчета и анализа напряженно-деформированного состояния в очаге деформации, реализовать алгоритм поиска промежуточных калибров, обеспечивающих заданный профиль конечного продукта.

Применение результатов расчетов вычислительной системы SPLEN-S (Rolling) при разработке калибровки полосовой стали 18x36 мм из стали Ст35 для сортопрокатного стана 320/250 завода "Серп и Молот" позволило уже на этапе проектирования внести в калибровку изменения с целью получения наиболее качественного профиля и избежать переточки валков. Применение системы также позволило разработать универсальную калибровку для прокатки не только полосы заданного размера, но и полос размером 20x32 мм, 16x36 мм.

Считаем целесообразным рекомендовать разработанную вычислительную систему SPLEN-S (Rolling) и методику поиска форм промежуточных калибров для применения в сортопрокатных цехах и калибровочных бюро металлургических заводов.

От КОММЕК Лтд.

От з-да "Серп и Молот

Машкова Н.Н.

Корж СТ.

Нефедкин Ю.А.

Российская Федерация — Россия

Акционерное общество «МАГНИТОГОРСКИЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ»

455002, г. Магнитогорск Челябинской области, ул. Кирова, 93. Для телеграмм: Магнитогорск Челябинской АО меткомбинат. Телетайп № 109117 «Магн». телефоны 33-30-04. 33-26-61.

Расчетные счета: по основной деятельности 467004 в Региональном филиале Акционерного инвестиционно-коммерческого промышленно-строительного банка (г. Москва) в г. М.-гнитогорске. (Per. филиал АИК ПСБ г. Магнитогорска) МФО РКЦ 278360, корреспондентский счет банка 700161868.

не 09 от

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

об опытно-промышленном использовании в калибровочном бюро

Магнитогорского металлургического комбината вычислительной

системы SPLEN-S(Rolling)

В течение 1995-1997 г.г. при разработке и совершенствовании калибровок валков на сортопрокатных станах АО "ММК" была использована вычислительная система SPLEN-S(Rolling), ориентированная на расчет и анализ напряженно-деформированного состояния в очаге деформации прокатываемого профиля.

Разработанная вычислительная система позволяет осуществить направленный поиск оптимального решения по выбору геометрии калибров и их последовательности с целью получения готового проката заданной формы и с требуемыми характеристиками при минимуме энергозатрат .

Результаты эксплуатации указанной системы показали, что получаемая информация о термонапряженном состоянии в очаге деформации и о заполняемости калибров дает возможность совершенствовать существующие технологические процессы прокатки в калибрах и оперативно разрабатывать новые без существенных затрат на многочисленные и трудоемкие промышленные эксперименты, что очень актуально в сложившихся производственно-экономических условиях.

Проверка точности разработанных в диссертации Машковой H.H. (научный руководитель профессор Чумаченко E.H.) алгоритмов осуществлялась на основе анализа действующих калибровок сортовых станов "500", "300-2", "250-1" и проволочного стана "250-2" АО "МЖ". Было установлено, что средние статистические отклонения при определении вытяжек не превышают 3-4%, а в расчетах габаритных размеров сечений полосы по темплетам - 6-7%. Учитывая, что практические отклонения габаритных размеров при различных допустимых настройках стана достигают порядка 5%, можно заключить, что полученные расчетные результаты обладают высокой степенью достоверности.

Разработанная вычислительная система может быть рекомендована для широкого использования в сортопрокатных цехах и калибровочных бюро металлургических заводов.

Заместитель директора Комплекса новых технологий АО "ММК", д.т.н., профессор

Главный калибровщик АО "ММК"

'улупов С.А. Логинов В.Г.

Организация Объединенных Наций по вопросам образования, науки и культуры (ЮНЕСКО)

Московский государственный университет им.М.В.Ломоносова

Евразийская ассоциация университетов Российский Союз Ректоров Студенческий Союз МГУ Евразийская Студенческая ассоциация

СПРАВКА

Настоящая справка подтверждает, что М ¿С С.£С ¡С

ис ц С

успешно выступил(а) на Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов-96" в секции ¿V * ¿ее уТ/? /У* ¿/С ¿^

докладом

рСо-се-И.

Конференция проводилась в МГУ с 12 по 14 апреля 1996 года. Тезисы доклада находятся в издательстве МГУ и выйдут в сборнике тезисов докладов конференции "Ломоносов-96".

'Ответственный секретарь оргкомитета конференции "Ломоносов-96"

А.Ю.Зубов