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不锈钢碳钢复合板带可逆冷轧过程有限元模拟

放大字体  缩小字体 发布日期:2019-01-30  浏览次数:46 选择视力保护色:

[摘要]  中华不锈钢网编辑人员获悉:表面的形貌基本无明显的差别。载体的表面较光滑且粗糙度不足。该结构不利于活性组分与载体的相互

  中华不锈钢网编辑人员获悉:表面的形貌基本无明显的差别。载体的表面较光滑且粗糙度不足。该结构不利于活性组分与载体的相互作用以及反应物的吸附和活化作用,因此与阳极氧化工艺处理的催化剂相比其活性就要逊有较高的催化活性,表现出良好的热稳定性和较强BRINKMANNM,BARRESIAA,3结论实验结果表明:以直接高温焙烧的不锈钢为载体制备的催化剂对VOCs有一定催化活性,经阳极氧化工艺制备的催化剂的燃烧活性大大地提高,且经过1000°c焙烧以及经500h的使用之后,仍具的使用寿命;采用阳极氧化工艺处理的不锈钢为载体的催化剂具有容易加工成蜂窝状、抗机械震动、易导热贵金属用量少的特性,在催化氧化VOCs方面有很好的应用前景。
  
  在850mm热连轧机上轧制成卷的复合板带,并在650mmHC六辊可逆式冷轧机上轧成薄带,轧制最小厚度可达1.0~0.3mm,宽度为500mm.无论是爆炸复合还是轧制复合的复合板坯均需进一步轧制,己复合的复合板的轧制与采用轧制复合方法生产复合板的轧制变形过程不同。目前国内外有关双金属板冷轧复合工艺的理论分析和试验研究报道较多,但对己热轧复合的复合板坯进一步冷轧的研究很少。
  
  为此在大量生产试验基础上,应用商用有限元软件ANSYS为分析工具,对己热轧复合的不锈钢/碳钢复合板坯不对称冷轧时的变形规律进行数值模拟,研究了复合板的应力应变分布,界面上的应力和应变,表面上的应力,从而获得界面变形协调破坏的冷轧压下量的极限值,接触表面的轧制力等,为制定轧制规程提供了可靠依据。
  
  2二维有限元模型的建立不锈钢/碳钢复合板冷轧过程是大变形、材料和几何双重非线性、边界摩擦非线性问题,同时又是非对称轧制过程。由于弹性变形与塑性变形比较很小,可以忽略,因此采用刚塑性有限元法研究不锈钢/碳钢复合板的冷轧过程。
  
  21工艺参数及模型简化21.1工艺参数的确定研究采用不锈钢复合板,在热轧阶段己完成基层材料和覆层材料的复合,基层为Q235,覆层为1Cr18Ni9Ti.不锈钢复合板的原始尺寸如下:板宽B 4mm(其中覆层厚H1 =0.4mm,基层厚H2=2.0mm)。650mm轧机工作辊直径为Y160mm,辊身长度13收修改稿日期:2003―基金项目:河北省自然科学基金资助项目(502167)1金询服独树为650mm.冷乳前经退火处理,Q235和1Cr18Ni9Ti室温下的屈服强度分别约为235、300MPa121.通过1341中的。
  
  2.1.3界面情况的假定在ANSYS分析中,界面条件作如下处理:对于二维(2D)模型,上下层金属共用一条边界,边界上划分相同的单元数,以使不锈钢复合板上下两层金属间的边界与元素间的边界重合。对于三维(D)模型,上下层金属共用一个面,其面积上分布相同的单元数。此种方法对有限元的计算程序有利,反映在界面上节点的应力、应变值也可取。通过二者比较,差别很小,故研宄界面上的应力、应变时,采用二维模型。
  
  2二维有限元模型轧件相对乳制中心线上下是不对称的,取整个厚度作为研宄对象,取样长度/=50mm.该对象用ANSYS的四边形等参单元PLANE42离散。在划分单元时采用映射单元网格,这样能使有限元模型中单元大小一S致形状规则,节省了运算时间也提高了精度。
  
  其中上层不锈钢板划分200个单元,下层Q235钢板划分为400个单元,共划分600个单元。乳辊假定为刚性辊,在建立一个主控节点后,用乳辊外表面的一段弧线代替。乳辊用ANSYS中的目标单元TARGE169离散。为建立乳件与乳辊的接触关系,在乳件外表面建立相应的接触单元CONTA171,乳件上下表面各形成100个接触单元。由于上下层板的材料不同,上乳辊目标单元与上表面不锈钢板的接触单元通过一个实常数联系;下乳辊目标单元与下表面Q235钢板的接触单元通过另一个实常数联系。
  
  3二维模拟结果及分析制定冷乳不锈钢复合板乳制规程的重点是确定首道次的压下量,特别是道次极限压下量,因此采用了0.75mm(相对压下量大约为10%、20% 25%、30%)进行研宄。由于上下两层金属的屈服强度不同,且两者的塑性硬化也有很大差异,ANSYS软件进行计算时程序的收敛有很大困难,因此采取了极小时间步长和分步加载的方法,使乳件每个子步移动的位移很小151.依据咬入过程,整个乳制过程采取分3步加载的方法。
  
  中华不锈钢网编辑人员获悉:由a可看出,压下量为0.6mm时的乳件变形不太激烈。由于Q235钢的塑性硬化比1Cr18Ni9Ti不锈钢小,即Q235钢的变形抗力较小,在同一压下量情况下,乳制区域内下层Q235钢的伸长量比上层1Cr18Ni9Ti不锈钢大。
  
  由于变形区域内上下层结合面附近存在着不均匀变形,因而必然导致一个附加应力场。当压下量较小时,这个应力场没有破坏乳制区域内的界面结合点的键合力,基层和覆层结合完好成为一体,轧制时变形区内具有变形协调的现象。
  
  75mm时,从b可看出轧制区域内有明显不均匀变形,结合面附近应变有明显错乱。应力计算结果显示,此时界面的附加应力己超过界面结合强度,结合面上会出现裂纹,并随之破裂所以复合板轧制时,变形量的大小是有限制的,否则会破坏整体变形的协调性。
  
  3.2界面结合强度分析不锈钢复合板在热轧阶段己完成复合工艺过程,进入冷轧阶段,可以认为不锈钢复合板在界面上己经形成了稳定、均匀的冶金结合。其结合强度也将随着变形产生塑性硬化,从而使结合强度增大。考虑此种现象,对界面结合区的结合强度,采用下式确定:性硬化变形抗力;¢2为Q235钢塑性硬化变形抗力;1为奥氏体不锈钢覆层厚度权值(等于1/6)f2为Q235钢基层的厚度权值(等于5/6)。
  
  将不同变形程度下的奥氏体不锈钢(1Cr18Ni9Ti)、Q235钢的变形抗力值、叱代入上述公式即可求出变形程度在10%、20%、25%、30%下的复合板界面结合强度,同时提取出上述变形程度下ANSYS结果文件中的界面上节点等效应力的最大值,如所示。
  
  从可以看出,当变形程度达到25%左右时,界面上等效应力的最大值约等于此时的结合强度值,随着变形程度的进一步增加,界面上节点的等效应力将远大于相对应的结合强度,在压下量达到30%时两者之间的差距达到近150MPa这将导致界面开裂。
  
  4三维有限元模型的建立仍采用上述主要的假设条件。对轧件采用三维的体单元SOLID45划分,在划分单元时采用映射单元网格划分,这样能使有限元模型中单元大小一致,形状规则,节省运算时间,也提高了精度。为建立轧件与轧辊的接触关系,在轧件的外表面和轧辊表面之间建立相应的三维接触单元CONTA173和目标单元TARGE170,并通过两个实常数分别联系上下表面与轧辊的接触。
  
  5三维有限元模拟结果分析5.1表面应力分析从节点应力计算结果可知:下表面轧制区域内的应力值要小于上表面的应力值;取上下表面节点的应力值,在变形区域的面积上进行积分,分别得出上下表面单位轧制力的分布,如所示。x轴表示的是复合板轧制方向上从轧制的入口到出口的坐标,其中x=0处的点位于轧制中心的位置,负值为入口一侧、正值为出口一侧;轴表示的是计算出的单位轧制力数值;轴表示的是复合板宽度方向上的坐标,z从0到20表示从板边到板的中心位置。
  
  相对变形量/%等效应力最大值、结合强度与变形量的关系一界面结合强度值;-界面节点等效应力最大值从可看出,上层不锈钢表面单位轧制力明显大于下层Q235钢表面,而且由于不锈钢表面上的轧制面积较小,单位压力分布的变化梯度较大;下层Q235钢表面上的轧制面积较大,单位压力分布的变化梯度较小。
  
  52模拟结果与试验数值对比根据试验时的工艺参数,通过ANSYS模不锈钢复合板上下表面单位轧制力分布a)上表面;b)下表面拟,计算了总乳制力,并将模拟计算值与试验值进行了比较,如所示。通过比较发现,用ANSYS软件模拟计算的乳制力大于试验数值,但相对误差都小于20%.可以用来简要计算冷乳复合板的乳制力。
  
  乙酯的燃烧性能e各反应物分别afee甲苯240料质量浓度在0 1.可见在空速为10 000h-1时,催化氧化活性基本上没有发生变化,但超过10 000h-1后催化活性下降明显I该催化剂的最佳空速为:2 215反应时间对催化剂的影响催化剂的使用寿命是衡量催化剂活性好坏的准之一。在实验中选取燃烧性能较好的0 01%Pt-002%4阳极氧化不锈钢膜催化剂(经1 000°,2h焙烧),在空速10000h-P,控制甲苯进料质量浓度为25g/m3,反应温度220°C的条件下,考察反应时间对催化剂的反应性能的影响。催化剂在经过700h的连续使用后,仍保持较好的活性。这表明该催化剂具有较好的稳定性。
  
  中华不锈钢网编辑人员获悉:-B―乙酸乙酯空速/hH空速对VOCs催化燃烧反应的影响22SEM表征结果分别给出了载体和不同处理条件下的催化剂经不同温度焙烧后的SEM图,从中可以发现空白不锈钢载体(a)表面相对比较光滑;经阳极氧化工艺处理的不锈钢载体(b),其表面结构显得粗糙,并有沟渠突起和微小菱角状物产生;阳极氧化工艺制得的催化剂经500°C(c)800°C(d)1000°C(e)高温焙烧后,发现表面颗粒趋向均匀粗糙度逐渐增加;而且随着温度的升高,表面产生了晶体重排现象(1000°C焙烧样品的平均晶粒在25m左右)。由此可知,阳极氧化工艺对不锈钢载体影响较大-催化剂在经1 000°C的高温焙烧以后,仍具有较好的催化活性,这可能和阳极氧化后载体表面形成的均匀致密氧化膜有关,这层氧化膜有利于活性组分的分散并起助催化作用,从而对提高催化剂的燃烧活性有利。

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