Аналітичний опис процесу гарячого прокатування методом пластичної течії

Анотація

Тітов В. А., Лавріненков А. Д., Власюк І. А. Аналітичний опис процесу гарячого прокатування методом пластичної течії

Аналітичним та чисельним методами досліджено напружено-деформований стан металу в осередку деформації при гарячому прокатуванні. Актуальність роботи зумовлена необхідністю підвищення точності інженерних розрахунків параметрів прокатування багатошарових і товстих заготовок, для яких класичні одновимірні моделі не відображають реальної неоднорідності пластичної течії металу по товщині. Метою дослідження є розробка аналітичного методу оцінювання середніх і нормальних напружень в осередку деформації на основі теорії пластичної течії з використанням наперед заданого кінематично допустимого поля швидкостей. У роботі виконано аналітичний огляд сучасних підходів до моделювання процесу прокатування, зокрема методу балансу сил та методу верхньої оцінки. Запропоновано плоску модель течії металу з нелінійним розподілом компонент швидкостей переміщень у зоні контакту з валками. На основі рівняння нерозривності отримано швидкості деформацій та визначено інтенсивність швидкостей деформацій у всьому об’ємі осередку. Положення нейтрального перерізу встановлено з умови балансу зовнішніх сил, що діють на штабу. Для ідеально пластичного матеріалу визначено коефіцієнт жорсткості, середні та нормальні напруження шляхом інтегрування рівнянь пластичної течії з урахуванням граничних умов на вході в осередок деформації. Для перевірки достовірності аналітичних результатів виконано чисельне моделювання процесу прокатування методом скінченних елементів у середовищі Abaqus CAE. Отримано розподіли середніх напружень та порівняно їх із аналітичними залежностями в площині симетрії штаби. Встановлено кількісне співпадіння напружень на вході та виході з осередку деформації та якісну відповідність характеру їх розподілу по довжині осередку. Отримані результати можуть бути використані для інженерного аналізу процесів гарячого прокатування багатошарових зразків та зразків в оболонках, а перспективи подальших досліджень пов’язані з урахуванням впливу контактного тертя на кінематичне поле, температурної неоднорідності, реальних законів зміцнення матеріалу та розширенням методу на задачі багатошарового прокатування.