A Study on the Roll Force in Heavy Rail Rolling by the Calculus of Variation

轧制力在重轨生产中的研究应用了变分原理，这一研究方法主要用于解决重轨万能轧制过程中的轧制力问题。为了更深入地理解相关知识点，以下详细解析了重轨万能轧制过程中的轧制力问题及其解决方案。 万能轧制是一种将钢铁材料通过两个或多个轧辊的相互作用，改变其形状和尺寸的金属加工方法。在轧制过程中，金属材料会经历复杂的塑性变形，而轧制力就是指作用在轧辊上的力，它与材料的变形抗力、轧辊的尺寸、形状以及轧制过程中的速度等因素密切相关。重轨，即重型钢轨，是轨道结构的重要组成部分，其生产过程中轧制力的准确计算对提高产品质量、降低能耗和生产成本有着重要的意义。 研究者通过建立了一个简化的三维理论模型来模拟重轨的万能轧制过程。在该模型中，着重分析了轨腰、轨头和轨底三个部分的运动学许可速度场，即在给定轧制条件下，可以被允许的实际运动速度分布。与速度场相对应的，研究者还计算了应变速度场，即在轧制过程中材料内部各点的应变速率，以及剪应变率，这是描述材料在受剪切力作用时的变形速率。 为了计算轧制力，文章应用了变分原理中的刚塑性体理论。刚塑性体是指忽略材料弹性变形，只考虑塑性变形的简化模型。在刚塑性体理论框架下，可以计算出塑性变形功、速度不连续面上消耗的功率以及反向滑移和前向滑移产生的功率。这一计算过程基于变分原理，即在所有可能的速度分布中找到真实的速度分布，使得整个系统的塑性变形功达到最小。 通过变分原理得到的轧制力计算结果，与现场实际测量数据进行了对比。结果显示，根据变分原理得出的轧制力略大于现场数据，但通常不会超过实际值的13%，因此可以认为基于变分原理的计算是可靠和可行的。这对于预设和优化轧制工艺参数，提供了科学的方法和理论依据。 此外，文章还提到了从20世纪70年代以来，万能轧制法广泛应用于H型钢的轧制过程中，理论研究也随之发展和改进。尽管万能轧制法在轧制钢轨方面也有应用，但关于这一领域的理论研究相对较少。目前，万能轧机在生产高精度钢轨方面的应用越来越普遍，并逐渐取代了传统的生产方法。由于H型钢轧制与钢轨轧制在某些方面具有相似性，因此一些关于H型钢轧制的理论研究结果可以作为参考，应用于钢轨轧制的研究中。 关键词中提到了机械设计及其机制、重型钢轨、万能轧机、变分原理、轧制力等，这些词汇均为研究轧制过程中的关键概念和技术要点。通过这些关键词，我们可以看到该研究内容不仅涵盖了轧制力学和变形理论，还体现了在现代轧制技术中应用数学优化理论的先进性。 该研究的亮点在于将变分原理应用于实际的重轨轧制问题中，通过理论分析和计算，给出了一个既能理论支持又能指导实际生产的技术方案。这一方案的提出和验证，对于推动轧制技术的发展和优化具有重要的理论和实践意义。