本發(fā)明屬于冷軋卷取，特別涉及到一種冷軋帶鋼卷取過程中鋼卷內(nèi)部層間應力分布的計算方法。

背景技術(shù)：

1、在冷軋帶鋼卷取過程中，鋼卷的層間內(nèi)部應力分布對鋼卷卷取質(zhì)量有著指導意義的作用，也是判斷卷內(nèi)各層是否會出現(xiàn)滑移以及松卷、起筋等缺陷的重要依據(jù)。與熱軋帶鋼卷取不同，冷軋帶鋼卷取的單層帶鋼厚度較熱軋帶鋼薄很多，厚度范圍多為0.2～5mm(而熱軋厚度較大的可達30mm)，帶鋼厚度是計算卷取層間應力最主要的輸入?yún)?shù)之一，對于厚度不同的帶鋼卷取，直接影響著卷取過程中半徑、卷取緊密系數(shù)和張力等參數(shù)的設定，同時厚度較大時，其卷取過程中非圓特性較大，即計算模型的對象不同，所需構(gòu)建的物理模型也不同。

2、在以往卷取張力的研究中，黃文華等針對產(chǎn)品品種規(guī)格和表面變化大、或者卷取機設備劣化給出較佳的單位穿帶張力值方法，避免了發(fā)生心形卷、塌卷、或松卷的問題(公開號：cn109848247a)，陳華昶等提供了一種包括卷取機、壓輥裝置和驅(qū)動裝置在內(nèi)的極薄帶鋼的卷取設備和使用工藝，可以改善帶鋼的卷取質(zhì)量(公開號：cn103372582a)。但上述文獻均未精確給出卷取過程中帶鋼內(nèi)部的層間壓力分布，冷軋薄規(guī)格帶鋼在卷取過程中易出現(xiàn)鋼卷塔形、起筋現(xiàn)象，本質(zhì)原因是卷取過程中鋼卷內(nèi)部層間應力分布不均導致的，因此對于層間應力的分布計算及調(diào)控，從而預報卷取過程是否會發(fā)生起筋等缺陷的研究就顯得尤為重要。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種冷軋帶鋼卷取過程中鋼卷內(nèi)部層間應力分布的計算方法，包括以下步驟：

2、獲取冷軋卷取機的設備工藝參數(shù)、被卷取帶鋼的品種規(guī)格范圍及工藝參數(shù)；

3、采用迭代方法，基于相鄰層間劃分條元，并在鋼卷各層內(nèi)劃分條元的三維分析方法基于建立冷軋鋼卷卷取過程中層間內(nèi)部應力的數(shù)學模型，得到冷軋鋼卷卷取過程中層間內(nèi)部應力以及各層的周向應力。

4、進一步地：所述冷軋卷取機的設備工藝參數(shù)，包括：卷筒內(nèi)半徑ra、外半徑rb、卷筒的彈性模量e1、卷筒的泊松比v1、卷取張力t，將帶鋼沿寬度方向取一半進行分析，每層帶鋼劃分橫向條元份數(shù)z，卷取層數(shù)n。

5、進一步地：所述被卷取帶鋼的品種規(guī)格包括：帶鋼厚度h，帶鋼寬度b，帶鋼的彈性模量e2、帶鋼的泊松比；所述工藝參數(shù)包括帶鋼緊密系數(shù)公式中考慮理論與實際存在差別的修正系數(shù)k0、帶材表面不平度的最大值δmax，表面粗糙度ra和摩擦系數(shù)μ，卷取過程關(guān)鍵參數(shù)包括：迭代的收斂精度ε。

6、進一步地：所述冷軋鋼卷卷取過程中層間內(nèi)部應力的數(shù)學模型包括卷取第k層時卷筒外表面位移公式、卷取第k層時鋼卷內(nèi)部各層的周向應力公式、卷取第k層時鋼卷內(nèi)部各層之間的徑向壓應力公式及卷取第k層時鋼卷內(nèi)部各層間的緊密系數(shù)及卷取第k層時鋼卷的半徑分布公式。

7、進一步地：所述采用迭代方法，基于相鄰層間劃分條元，并在鋼卷各層內(nèi)劃分條元的三維分析方法基于建立冷軋鋼卷卷取過程中層間內(nèi)部應力的數(shù)學模型，得到冷軋鋼卷卷取過程中層間內(nèi)部應力以及各層的周向應力的過程如下：

8、d1)定義任一卷取狀態(tài)下鋼卷的最外層為第k層；

9、d2)給定卷取第k層時，鋼卷的半徑分布r01si＝rsi；

10、d3)定義δ為每卷取上一層后，各層帶鋼所產(chǎn)生的壓縮變形量，給定卷取第k層時鋼卷的半徑分布rsi＝r01si-δ，i＝1,2,…,k，并有，rsk+1＝rsk+hs，其中：rsk+1、rsk分別為卷取到k+1層時，第k+1層鋼卷的半徑分布和第k層鋼卷半徑分布，hs為帶鋼在第s條的厚度；

11、d4)根據(jù)psk+1＝0，計算卷取第k層時鋼卷內(nèi)部各層之間的徑向壓應力psi；

12、d5)求解卷取第k層時卷筒外表面位移us；

13、d6)計算卷取第k層時第一層帶鋼的內(nèi)半徑rs1：r′s1＝rb-us；

14、d7)計算并判斷不等式|rs1-r′s1|≤ε是否成立，如果成立，轉(zhuǎn)到步驟d8)，如不成立，則令rs1＝r′s1，轉(zhuǎn)入步驟d4)；

15、d8)根據(jù)qs1＝0計算卷取第k層時鋼卷內(nèi)部各層的周向應力qsi+1；

16、d9)計算卷取第k層時鋼卷內(nèi)部各層間的緊密系數(shù)msi；

17、d10)計算卷取第k層時鋼卷的半徑分布rsi+1；

18、d11)計算并判斷不等式||rsi-r′si||≤ε是否成立，如果成立，則轉(zhuǎn)到步驟d12)，如不成立，則令rsi＝r′si，轉(zhuǎn)入步驟d4)；

19、d12)根據(jù)τsk+1＝0計算卷取第k層時鋼卷內(nèi)部各層之間的摩擦應力；

20、d13)判斷不等式k＜n是否成立，如果成立，則令r01si＝rsi，i＝1,2,…k，k＝k+1，轉(zhuǎn)入步驟d3)，如果不成立，則轉(zhuǎn)入步驟d14)；

21、d14)卷取過程層間應力計算結(jié)束。

22、進一步地：所述計算卷取第k層時鋼卷內(nèi)部各層之間的徑向壓應力psi，采用的公式如下：

23、

24、進一步地：求解卷取第k層時卷筒外表面位移us，采用的公式如下：

25、

26、進一步地：所述根據(jù)qs1＝0，計算卷取第k層時鋼卷內(nèi)部各層的周向應力，具體公式如下：

27、

28、其中：i＝1,2,…k；

29、進一步地：所述計算卷取第k層時鋼卷內(nèi)部各層間的緊密系數(shù)，具體公式如下：

30、

31、其中：i＝1,2,…k。

32、進一步地：計算卷取第k層時鋼卷的半徑分布，公式如下：

33、

34、其中：i＝1,2,…k，r′s1＝rs1，

35、本發(fā)明提供的一種冷軋帶鋼卷取過程中鋼卷內(nèi)部層間應力分布的計算方法，針對卷取過程中出現(xiàn)鋼卷塔形、帶鋼卷取崩斷缺陷而言，在大量的現(xiàn)場試驗與理論研究的基礎上，建立了一套適用于冷軋機組卷取層間內(nèi)部應力分布模型，形成一種鋼卷層間內(nèi)部應力計算方法。

36、一種冷軋帶鋼卷取過程中鋼卷內(nèi)部層間應力分布的計算方法具有以下優(yōu)點：采用三維分析方法，根據(jù)冷軋帶鋼卷取機在實際工作中帶帶材是一層一層地纏繞在卷筒上這一現(xiàn)象，通過逐層推導與計算，建立一種計算冷軋鋼卷卷取過程中層間內(nèi)部應力的數(shù)學模型(數(shù)學模型由各步驟的公式構(gòu)成，計算層間應力的分布)，進而可以對各種厚度的帶鋼卷取過程其層間應力實現(xiàn)一定精度的計算，計算同時充分考慮到帶鋼卷取過程中的實際情況及解析計算的可實現(xiàn)性，并盡量減少方程組中未知數(shù)個數(shù)，采用迭代法以獲得較高的解的精度。

37、本發(fā)明通過對冷軋帶鋼用卷取機參數(shù)進行總結(jié)，綜合多方面因素計算出層間內(nèi)部應力分布及其變化趨勢，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點和效果：

38、1、本方法中緊密系數(shù)設定方法符合現(xiàn)場生產(chǎn)的需求，采用該計算方法可以更加真實準確地計算出鋼卷層間內(nèi)部應力分布；

39、2、本數(shù)學模型計算的結(jié)果應用于現(xiàn)場指導，鋼卷層間應力計算準確率較高，可以有效指導冷軋卷取過程中卷取張力的設定，有效保證了帶鋼的卷取品質(zhì)，具有進一步推廣的價值。