Исследование особенностей формирования напряженно-деформированного состояния непрерывнолитой заготовки с дефектами макроструктуры при прокатке Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №03-1/2017 ISSN 2410-6070_

4. Masini R., Lainati A. Latest bar mill technology // Millenium Steel. 2005. №7. C.216-221.

5. Мелкосортно-проволочные станы / SMS MEER - Germany: SMS group - 40с.

6. Смирнов Е.Н., Белевитин В.А., Скляр В.А., Кисиль В.В. Технология конструкционных материалов: производство горячекатаных блюмов и сортовых заготовок. Челябинск, 2016. 188 с.

© Скляр В.А., Белых П.А., 2017

УДК 621.771.25

Смирнов Е.Н.

д.т.н., профессор кафедры ММ Скляр В.А. к.т.н., доцент кафедры ММ Галкина В.В. студентка 4-го курса СТИ НИТУ «МИСИС», г. Старый Оскол, РФ

ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ФОРМИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ НЕПРЕРЫВНОЛИТОЙ ЗАГОТОВКИ С ДЕФЕКТАМИ МАКРОСТРУКТУРЫ ПРИ ПРОКАТКЕ

Аннотация

Представлены результаты компьютерного моделирования процесса прокатки непрерывнолитой квадратной сортовой заготовки с дефектом осевая пористость в обжимной клети в части оценки формируемого напряженно-деформированного состояния. По результатам анализа полученных данных сделан вывод о том, что, не смотря на то, что для устранения осевой пористости необходима высокая степень обжатия заготовки, не учет вероятности возникновения высоких растягивающих напряжений может привести к появлению внутренних трещин.

Ключевые слова

Прокатка, сортопрокатный стан, напряженно-деформированное состояние, компьютерное моделирование, осевая пористость, дефекты.

Качество проката, произведенного из непрерывнолитого металла, напрямую зависит от качества непрерывнолитой заготовки. Как показано в работе [1] при производстве проката значительную долю занимают дефекты, которые наследуются заготовкой из сталеплавильного производства и трансформируются в прокатные во время прокатки.

Наиболее часто встречаются осевая пористость, осевая ликвация, трещины. Осевая пористость формируется в виде скопления пор вдоль оси слитка, которые могут даже в крайних случаях сформировать сквозное отверстие [2]. Осевая ликвация проявляется в виде наличия повышенной концентрации углерода, серы и легирующих элементов в осевой зоне заготовки. В процессе прокатки осевая пористость и ликвация может привести к образованию трещины в осевой зоне заготовки [3]. В большинстве случаев устранить или уменьшить размеры осевой пористости можно с помощью увеличения степени обжатия [4], однако в этом случае возможно возникновение критических напряжений в металле и трещин.

В последнее время для исследования процессов прокатки все чаще и с большой эффективностью используются конечноэлементные программные комплексы компьютерного моделирования, например, DEFORM-3D [5, 6].

Таким образом, целью работы являлось изучение особенностей формирования напряженно-деформированного состояния при прокатке непрерывнолитой заготовки с дефектом осевая пористость в обжимных клетях.

Исследование производилось с помощью компьютерной модели, реализованной в конечно-

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №03-1/2017 ISSN 2410-6070_

элементном программном комплексе DEFORM-3D. Модель включала в себя валки диаметром 600 мм с гладкой бочкой, которые моделировали бескалибровую прокатку в первых клетях черновой группы непрерывного сортового стана и непрерывнолитую заготовку сечением 150x150 мм из стали 40 с расположенным по оси отверстием диаметром 8 мм, с помощью которого моделировалась осевая пористость. Температура прокатки Т принималась на уровне 1000 и 1200 °С, а абсолютное обжатие Ah составляло 30 и 50 мм. Результаты моделирования в виде полей напряжений представлены на рисунке 1.

Анализ полученных полей напряжений показывает наличие растягивающих напряжений на границе отверстия, имитирующего осевую пористость, величина которых составляет 39...217 МПа. При этом, чем меньше температура и больше абсолютное обжатие, тем величина возникших напряжений больше. При Ah=30 мм напряжения не превышают предела.

а)

г)

Рисунок 1 - Поля напряжений при: а) Ah=30 мм, Т=1000 °С; б) Ah=30 мм, Т=1200 °С; в) Ah=50 мм,

Т=1000 °С; г) Ah=50 мм, Т=1200 °С

_МЕЖДУНАРОДНЫЙ НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ «ИННОВАЦИОННАЯ НАУКА» №03-1/2017 ISSN 2410-6070_

Однако при Ah=50 мм и 7=1000 °С напряжения превысят предел прочности стали при данной температуре и риск появления осевых трещин существенно возрастет, в то время как при температуре 7=1200 превышения предела прочности не наблюдается.

Вывод. Таким образом, не смотря на положительное влияние повышения степени обжатия на устранение осевой пористости, в случае пониженной температуры прокатки возможно появление осевых трещин в металле, поэтому при прокатке непрерывнолитых заготовок, в которых возможно наличие осевой пористости, следует внимательно относиться к выбору температурно-деформационных параметров. Список использованной литературы:

1. Уманский А.А. Исследование процессов формирования качества металлопродукции ответственного назначения на переделе сталь-прокат // Фундаментальные исследования. 2014. №8-2. С.335-339

2. Смирнов Е.Н., Скляр В.А. и др. Развитие подходов к исследованию на физических моделях механизмов «залечивания» дефектов сплошности осевой зоны непрерывнолитой заготовки // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия. 2016. Т. 59. № 5. С. 322-327.

3. Ботников С.А Современный атлас дефектов непрерывнолитой заготовки. Волгоград, 2011. 97 с.

4. Скляр В.А., Галкина В.В. и др. Развитие методологии физического моделирования поведения дефектов НЛЗ в процессе прокатки // Современные проблемы горно-металлургического комплекса. 2016. С. 119-124.

5. Кинзин Д.И., Рычков С.С. Использование программного комплекса Deform-3D при моделировании процессов сортовой прокатки // Вестник МГТУ им. Г.И. Носова. 2011. №2 С.45-48.

6. Уманский А.А., Кадыков В.Н., Мартьянов Ю.А. Закономерности формирования напряженно-деформированного состояния металла при сортовой прокатке // Вестник СибГИУ. 2013. №4 (6) С.8-10.

© Смирнов Е.Н., Скляр В.А., Галкина В.В., 2017

УДК 69.04

С.С. Соловьев

Магистрант 2 курса Воронежский государственный технический университет г. Воронеж, Российская Федерация М.Ю. Пустовалова Магистрант 2 курса Воронежский государственный технический университет г. Воронеж, Российская Федерация

РАСЧЕТ ТАВРОВОЙ БАЛКИ, УСИЛЕННОЙ КОМПОЗИТНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ,

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПК ЛИРА-САПР

Аннотация

Проверяется эффективность усиления железобетонных балок композитным материалом, производится поиск лучшей модели для расчета в ПК Лира-САПР. Необходимо выполнить ручной расчет тавровой балки (до и после усиления) на действие предельно допустимого изгибающего момента, смоделировать несколько вариантов расчетных схем, отражающий работу конструкции до и после усиления в ПК ЛИРА-САПР, провести сравнительный анализ полученных результатов и сделать соответствующие выводы. В ходе исследования доказано положительное влияние использования ламелей из углеволокна в качестве материала усиления конструкции. Произведен анализ работы различных расчетных моделей тавровой балки в ПК ЛИРА-САПР. Результаты исследования позволяют сделать вывод о существенном увеличении несущей способности железобетонных балок таврового сечения после усиления композитным материалом. Выявлены плюсы и минусы использования объемной конечноэлементной модели и модели