<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD Journal Publishing DTD v2.3 20070202//EN" "journalpublishing.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="2.3" xml:lang="EN" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink">
<front>
<journal-meta>
<journal-id journal-id-type="publisher-id">Front. Mater.</journal-id>
<journal-title>Frontiers in Materials</journal-title>
<abbrev-journal-title abbrev-type="pubmed">Front. Mater.</abbrev-journal-title>
<issn pub-type="epub">2296-8016</issn>
<publisher>
<publisher-name>Frontiers Media S.A.</publisher-name>
</publisher>
</journal-meta>
<article-meta>
<article-id pub-id-type="publisher-id">741144</article-id>
<article-id pub-id-type="doi">10.3389/fmats.2021.741144</article-id>
<article-categories>
<subj-group subj-group-type="heading">
<subject>Materials</subject>
<subj-group>
<subject>Original Research</subject>
</subj-group>
</subj-group>
</article-categories>
<title-group>
<article-title>Modeling of Rolling Force for Thick Plate of Multicomponent Alloys and Its Application on Thickness Prediction</article-title>
<alt-title alt-title-type="left-running-head">Zhang et&#x20;al.</alt-title>
<alt-title alt-title-type="right-running-head">Rolling Force Model</alt-title>
</title-group>
<contrib-group>
<contrib contrib-type="author" corresp="yes">
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>Shun Hu</given-names>
</name>
<xref ref-type="corresp" rid="c001">&#x2a;</xref>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1406109/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Xin</surname>
<given-names>Jia Lin</given-names>
</name>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1477760/overview"/>
</contrib>
<contrib contrib-type="author">
<name>
<surname>Che</surname>
<given-names>Li Zhi</given-names>
</name>
<uri xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1477736/overview"/>
</contrib>
</contrib-group>
<aff>Shagang School of Iron and Steel, Soochow University, <addr-line>Suzhou</addr-line>, <country>China</country>
</aff>
<author-notes>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Edited by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1338032/overview">Shuozhi Xu</ext-link>, University of California, Santa Barbara, United&#x20;States</p>
</fn>
<fn fn-type="edited-by">
<p>
<bold>Reviewed by:</bold> <ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1428306/overview">Yifei Zeng</ext-link>, ExxonMobil, United&#x20;States</p>
<p>
<ext-link ext-link-type="uri" xlink:href="https://loop.frontiersin.org/people/1451498/overview">Akshay Dandekar</ext-link>, Stress Engineering Services, Inc., United&#x20;States</p>
</fn>
<corresp id="c001">&#x2a;Correspondence: Shun Hu Zhang, <email>shzhang@suda.edu.cn</email>
</corresp>
<fn fn-type="other">
<p>This article was submitted to Computational Materials Science, a section of the journal Frontiers in Materials</p>
</fn>
</author-notes>
<pub-date pub-type="epub">
<day>20</day>
<month>09</month>
<year>2021</year>
</pub-date>
<pub-date pub-type="collection">
<year>2021</year>
</pub-date>
<volume>8</volume>
<elocation-id>741144</elocation-id>
<history>
<date date-type="received">
<day>14</day>
<month>07</month>
<year>2021</year>
</date>
<date date-type="accepted">
<day>08</day>
<month>09</month>
<year>2021</year>
</date>
</history>
<permissions>
<copyright-statement>Copyright &#xa9; 2021 Zhang, Xin and Che.</copyright-statement>
<copyright-year>2021</copyright-year>
<copyright-holder>Zhang, Xin and Che</copyright-holder>
<license xlink:href="http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/">
<p>This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these&#x20;terms.</p>
</license>
</permissions>
<abstract>
<p>During the rolling process of thick plate, the nonlinear specific plastic power that derived from the non-linear Mises yield criterion is difficult to be integrated, which has restricted the establishment of a rolling force model. To solve this problem, a new yield criterion is firstly established, and then used to derive a linear specific plastic power. Meanwhile, a kinematically admissible velocity field whose horizontal velocity component obeys the Logistic function is proposed to describe the metal flow of the deformed plate. On these bases, the rolling energy items including the internal deformation power of the deformed body, friction power on the contact surface, and shear power on the entry and exit sections are integrated successively, and the rolling force model is established. It is proved that the model can predict the rolling force well when compared with the actual data of multicomponent alloys. Besides, the formula for predicting the outlet thickness is ultimately given upon this derived model, and a good agreement is also found between the predicted values and the actual ones, since the absolute errors between them are within 0.50&#xa0;mm.</p>
</abstract>
<kwd-group>
<kwd>rolling force</kwd>
<kwd>yield criterion</kwd>
<kwd>specific plastic power</kwd>
<kwd>thickness prediction</kwd>
<kwd>multicomponent alloys</kwd>
</kwd-group>
</article-meta>
</front>
<body>
<sec id="s1">
<title>Highlights</title>
<p>
<list list-type="simple">
<list-item>
<p>&#x2022; A linear specific plastic power is derived form a linear yield criterion, which can be used to solve the nonlinear integral problem.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>&#x2022; A velocity field that was constructed in the form Logistic function can describe the metal flow in the deformation zone&#x20;well.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>&#x2022; A good prediction of outlet thickness can be obtained through the present rolling force model due to its high predictive accuracy.</p>
</list-item>
</list>
</p>
</sec>
<sec id="s2">
<title>Introduction</title>
<p>The yield behavior of a material can be described by a yield criterion. It is an important basis for judging whether a material undergoes plastic deformation, or taken as an mechanical equation that must be solved for obtaining the required force for material forming. So far, there are many yield criteria, which are generally expressed in the form of stresses. In 1864, Tresca proposed the maximum shear stress theory (<xref ref-type="bibr" rid="B19">Tresca, 1864</xref>), which provided a basic theoretical explanation for the yield characteristics of materials. In 1900, Mohr used the Coulomb&#x2019;s formula of shearing strength for rock and soil to improve his own strength theory and published the Mohr-Coulomb criterion (<xref ref-type="bibr" rid="B15">Mohr, 1900</xref>). This criterion is indeed a modification of the Tresca&#x2019;s theory, in which the maximum shear stress is no longer a constant, but a function of the normal stress in the same plane. In 1913, von Mises believed that if the secondary invariant of deviation stress reached a specific value, then the metal would turn from elastic deformation to plastic deformation (<xref ref-type="bibr" rid="B13">Mises, 1913</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B14">Mises, 1928</xref>). Based on this assumption, the Mises yield criterion was proposed. However, the mathematical form of this criterion is nonlinear, which is not convenient for the derivation of analytical solutions of material forming force, such as the rolling force. In 1951, Drucker and Prager (<xref ref-type="bibr" rid="B1">Drucker and Prager, 1952</xref>) added the influence of hydrostatic pressure to the Mises&#x2019; formula, and the yield surface is shown to be a conical surface. Yu et&#x20;al. (<xref ref-type="bibr" rid="B23">Yu, 2002</xref>) established the twin shear stress (TSS) yield criterion in 1961, and modified it in 1985 (<xref ref-type="bibr" rid="B22">Yu et&#x20;al., 1985</xref>). The twin shear stress yield criterion assumes that when the sum of two larger principal shear stresses reaches a critical value, the material yields. This criterion is usually used to predict the upper limit of mechanical parameters. In 2005, Yu et&#x20;al. (<xref ref-type="bibr" rid="B2">Gao and Yu, 2005</xref>) believed that although the TSS yield criterion can account for the influence of the intermediate principal stress, it neglected the influence of the minimum shear stress on the material yielding, and then they proposed the triple-shear stress yield criterion. In the case of combined shear stress on the element body, the three-shear yield criterion is more consistent with the actual results than the single-shear or twin shear yield criteria.</p>
<p>By summarizing the above information, it can be found that the Tresca yield criterion brings in a lower limit solution, the twin shear stress yield criterion brings in an upper limit solution. Although the nonlinear Mises yield criterion has high accuracy, it is difficult to obtain the analytical solution of material forming force. For this reason, it is necessary to find a new linear yield criterion whose locus can lies in between those based on the Tresca yield criterion and the twin shear stress yield criterion, and can approximate the Mises circle well, in order to meet the requirements of high accuracy and ease of calculation.</p>
<p>Thick plate is widely used in construction machinery, oil pipeline, offshore platform and other structural load-bearing part. How to accurately obtain the rolling force and rolling torque of thick plate is related to the selection of production parameters. The difficulty in solving the nonlinear Mises plastic power must be solved in the modeling of rolling force. In 2000, Wang et&#x20;al. (<xref ref-type="bibr" rid="B20">Wang, 2000</xref>) used the three-dimensional stream function method to analyze the plastic processing problem, and established a flat roll rolling model considering the widening. Jia et&#x20;al. (<xref ref-type="bibr" rid="B5">Jia et&#x20;al., 2016</xref>) used the Zener-Hollomon parameter method to establish a flow stress model during unidirectional compression, and also established a flow stress model for variable temperature rolling. Liu (<xref ref-type="bibr" rid="B10">Liu, 2017</xref>) proposed a new exponential velocity field that can reflect the change law of metal flow for finishing rolling passes. Li et&#x20;al. (<xref ref-type="bibr" rid="B9">Li and Wang, 1996</xref>) used the Hill yield criterion to study the stress field and velocity field of the plane stress problem of orthotropic materials, and obtained the result that the characteristic lines of the stress field and velocity field overlap everywhere. Zhang et&#x20;al. (<xref ref-type="bibr" rid="B25">Zhang et&#x20;al., 2019</xref>) proposed a new type of velocity field considering the rolling permeability to analyze the rolling of extra-thick plates. Their results show that the rolling force and rolling torque models considering the deformation penetration can give more accurate results. Based on the above researches, it can be found that the establishment of the velocity field by the analytical method can be used well in analyzing the problem of thick plate rolling, and is beneficial to the optimization of rolling parameters. However, the existing velocity fields with the above function form fail to accurately describe the vertical flow characteristic, which can arise big errors in predicting rolling force and torque. One important reason is that most of the available velocity fields can just satisfy the velocity boundary condition on the inlet section and neglect the required condition on the outlet section. In fact, a good velocity should satisfy the velocity boundary conditions on the inlet section and the outlet section simultaneously. Quantitative assessment is necessary for proposing a reasonable velocity field, which is desired to be done in the future.</p>
<p>In order to solve the above problems, i.e. the problem of integral difficulty of rolling power and the problem of inefficient accuracy of available models, this paper intends to develop a linear yield criterion that can approximate the nonlinear Mises yield criterion well, and bring in a linear specific plastic power to&#x20;analyze the plate rolling process. For this purpose, a new velocity field in the form of Logistic function, that can satisfy the velocity boundary conditions rigorously, is also proposed for describing the thick plate rolling. Based on the new yield criterion and the new velocity field, the corresponding internal deformation power, friction power and shear power are obtained, and then the analytical rolling torque and force are obtained through the variational method. Meanwhile, the bouncing equation is given to predict the thickness of the rolled plate by embedding the rolling force model, and a comparison is carried out between the calculated ones and the experimental&#x20;data.</p>
</sec>
<sec id="s3">
<title>Derivation of Average Slope Yield Criterion</title>
<sec id="s3-1">
<title>Yield Criterion Expression</title>
<p>The locus of the Mises yield criterion is a circle on the <inline-formula id="inf1">
<mml:math id="m1">
<mml:mtext>&#x3c0;</mml:mtext>
</mml:math>
</inline-formula> plane. The dodecagon between the circumscribed hexagon (TSS yield locus) and the inscribed hexagon (Tresca yield locus) can be used as a linear approximation to the Mises circle. In <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref>, suppose that there is a moving point <italic>E</italic> on the line segment <italic>BF</italic>, and a new yield edge can be obtained by connecting <inline-formula id="inf2">
<mml:math id="m2">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Set the angle <inline-formula id="inf3">
<mml:math id="m3">
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2220;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> between <inline-formula id="inf4">
<mml:math id="m4">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf5">
<mml:math id="m5">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> to <inline-formula id="inf6">
<mml:math id="m6">
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, then it can be seen that when <inline-formula id="inf7">
<mml:math id="m7">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2218;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, it corresponds to Tresca yield locus <inline-formula id="inf8">
<mml:math id="m8">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>and when <inline-formula id="inf9">
<mml:math id="m9">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>30</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2218;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, it corresponds to the TSS yield locus <inline-formula id="inf10">
<mml:math id="m10">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>B</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<fig id="F1" position="float">
<label>FIGURE 1</label>
<caption>
<p>Different loci on the <inline-formula id="inf11">
<mml:math id="m11">
<mml:mtext>&#x3c0;</mml:mtext>
</mml:math>
</inline-formula>-plane.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fmats-08-741144-g001.tif"/>
</fig>
<p>In <xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref>, the radius of the Mises circle satisfies <inline-formula id="inf12">
<mml:math id="m12">
<mml:mrow>
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:msqrt>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<inline-formula id="inf13">
<mml:math id="m13">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the yield strength). So, according to the geometric relationship, <inline-formula id="inf14">
<mml:math id="m14">
<mml:mrow>
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msqrt>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <inline-formula id="inf15">
<mml:math id="m15">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
<p>Set the origin of the coordinate system at the point <inline-formula id="inf16">
<mml:math id="m16">
<mml:msup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:math>
</inline-formula>, as shown in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure&#x20;2</xref>, the slope of <inline-formula id="inf17">
<mml:math id="m17">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is<disp-formula id="e1">
<mml:math id="m18">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>tan</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#xb0;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>30</mml:mn>
<mml:mo>&#xb0;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(1)</label>
</disp-formula>
</p>
<fig id="F2" position="float">
<label>FIGURE 2</label>
<caption>
<p>The geometry of the average slope yield criterion.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fmats-08-741144-g002.tif"/>
</fig>
<p>From the mean value theorem of integral (<xref ref-type="bibr" rid="B27">Zhang et&#x20;al., 2020</xref>), the mean slope <inline-formula id="inf18">
<mml:math id="m19">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of <inline-formula id="inf19">
<mml:math id="m20">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be obtained as<disp-formula id="e2">
<mml:math id="m21">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>tan</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>d</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.275</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(2)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Let <inline-formula id="inf20">
<mml:math id="m22">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>tan</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the undetermined value of <inline-formula id="inf21">
<mml:math id="m23">
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> and the length of <inline-formula id="inf22">
<mml:math id="m24">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at this time can be obtained<disp-formula id="e3">
<mml:math id="m25">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>arctan</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo stretchy="true">&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.268</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(3)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e4">
<mml:math id="m26">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.423</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(4)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Based on the above formulas, we can get<disp-formula id="e5">
<mml:math id="m27">
<mml:mrow>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:msup>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.110</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(5)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The modulus length of the deviation vector on the Mises yield locus is<disp-formula id="e6">
<mml:math id="m28">
<mml:mrow>
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:msqrt>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(6)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The modulus length of the deviation vector of the newly proposed yield criterion is<disp-formula id="e7">
<mml:math id="m29">
<mml:mrow>
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.817</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(7)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>So, the error between them is<disp-formula id="e8">
<mml:math id="m30">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0.817</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mn>6</mml:mn>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.0617</mml:mn>
<mml:mo>%</mml:mo>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(8)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>It can be seen that the vector modulus length of the newly proposed yield criterion is just a little higher than that of the Mises yield criterion, which means that the point <italic>E</italic> should be locates in between <italic>B</italic> and <italic>D</italic>, and near <italic>D</italic>, as shown in <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure&#x20;2</xref>.</p>
<p>The expressions of the lines <inline-formula id="inf23">
<mml:math id="m31">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf24">
<mml:math id="m32">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are established in the following section. <xref ref-type="fig" rid="F3">Figure&#x20;3</xref> shows the projection of the principal stress component <inline-formula id="inf25">
<mml:math id="m33">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> on the <inline-formula id="inf26">
<mml:math id="m34">
<mml:mtext>&#x3c0;</mml:mtext>
</mml:math>
</inline-formula> plane. Considering the projection relationship and the plain deformation condition, the three principal stress components <inline-formula id="inf27">
<mml:math id="m35">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> at point <italic>E</italic> can be calculated by<disp-formula id="e9">
<mml:math id="m36">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msqrt>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>30</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2218;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1.1554</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.57776</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(9)</label>
</disp-formula>
</p>
<fig id="F3" position="float">
<label>FIGURE 3</label>
<caption>
<p>The locus of <inline-formula id="inf28">
<mml:math id="m37">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> on the <inline-formula id="inf29">
<mml:math id="m38">
<mml:mtext>&#x3c0;</mml:mtext>
</mml:math>
</inline-formula>-plane.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fmats-08-741144-g003.tif"/>
</fig>
<p>It can be assumed here that the <inline-formula id="inf30">
<mml:math id="m39">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> line can be written in the following form<disp-formula id="e10">
<mml:math id="m40">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(10)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>When a material yields, there have <inline-formula id="inf31">
<mml:math id="m41">
<mml:mrow>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf32">
<mml:math id="m42">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="e9">Eq. 9</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="e10">Eq. 10</xref>, it produces<disp-formula id="e11">
<mml:math id="m43">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.268</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.732</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(11)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="e11">Eq. 11</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="e10">Eq. 10</xref>, the expression of <inline-formula id="inf33">
<mml:math id="m44">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>A</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be derived as<disp-formula id="e12">
<mml:math id="m45">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.268</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.732</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(12)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>In the same way, the equation of the locus <inline-formula id="inf34">
<mml:math id="m46">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> can be determined as<disp-formula id="e13">
<mml:math id="m47">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.732</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.268</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(13)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>
<xref ref-type="disp-formula" rid="e12">Eqs 12</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e13">13</xref> are the mathematical expressions of the new yield criterion, which is a linear combination of the principal stress components. Because the slope of the locus side <inline-formula id="inf35">
<mml:math id="m48">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>E</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of this criterion is the mean value of the slopes of the Tresca and TSS loci, it can be called as the average slope yield criterion.</p>
<p>It can be seen from <xref ref-type="fig" rid="F2">Figure&#x20;2</xref> that the present yield locus intersects the Mises circle, and the vertex angles are as follows:<disp-formula id="e14">
<mml:math id="m49">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2220;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2220;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>15.355</mml:mn>
<mml:mo>&#x2218;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2220;</mml:mo>
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>60</mml:mn>
<mml:mo>&#x2218;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>15.355</mml:mn>
<mml:mo>&#x2218;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>75.355</mml:mn>
<mml:mo>&#x2218;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mo>&#x2220;</mml:mo>
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>180</mml:mn>
<mml:mo>&#x2218;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>30</mml:mn>
<mml:mo>&#x2218;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>75.355</mml:mn>
<mml:mo>&#x2218;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>74.645</mml:mn>
<mml:mo>&#x2218;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#x2220;</mml:mo>
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>150.71</mml:mn>
<mml:mo>&#x2218;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi mathvariant="normal">&#xa0;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#x2220;</mml:mo>
<mml:mi>O</mml:mi>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>B</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mn>149.29</mml:mn>
<mml:mo>&#x2218;</mml:mo>
</mml:msup>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(14)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F1">Figure&#x20;1</xref> and <xref ref-type="disp-formula" rid="e14">Eq. 14</xref> show that the present yield locus is an equilateral and non-equiangular dodecagon which intersects the Mises circle with twelve intersection points. Of which, six vertices of the locus are on the Mises circle, and the vertex angle is <inline-formula id="inf36">
<mml:math id="m50">
<mml:mrow>
<mml:mn>150.71</mml:mn>
<mml:mo>&#xb0;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The other six vertices are located outside the Mises circle, with a distance of <inline-formula id="inf37">
<mml:math id="m51">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.000503</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the vertex angle is <inline-formula id="inf38">
<mml:math id="m52">
<mml:mrow>
<mml:mn>149.29</mml:mn>
<mml:mo>&#xb0;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. Except for these, it is known that each side length of the present dodecagon is equal to <inline-formula id="inf39">
<mml:math id="m53">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.423</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="s3-2">
<title>Specific Plastic Power</title>
<p>Suppose that the stress component <inline-formula id="inf40">
<mml:math id="m54">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> satisfies <inline-formula id="inf41">
<mml:math id="m55">
<mml:mrow>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the strain rate component <inline-formula id="inf42">
<mml:math id="m56">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> satisfies the flow rule of plastic deformation, then we can have (<xref ref-type="bibr" rid="B6">Kobayashi et&#x20;al., 1989</xref>)<disp-formula id="e15">
<mml:math id="m57">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2202;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:msubsup>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(15)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Assuming that there are <inline-formula id="inf43">
<mml:math id="m58">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf44">
<mml:math id="m59">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, then from <xref ref-type="disp-formula" rid="e12">Eqs 12</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e15">15</xref>, it results in<disp-formula id="e16">
<mml:math id="m60">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.268</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.732</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.268</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.732</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(16)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Similarly, according to <xref ref-type="disp-formula" rid="e13">Eqs 13</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e15">15</xref>, it results in<disp-formula id="e17">
<mml:math id="m61">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.732</mml:mn>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mn>0.268</mml:mn>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.732</mml:mn>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mn>0.268</mml:mn>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(17)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The linear combination of the results obtained from the above two formulas gives<disp-formula id="e18">
<mml:math id="m62">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.732</mml:mn>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mn>0.268</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.732</mml:mn>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(18)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Take <inline-formula id="inf45">
<mml:math id="m63">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.732</mml:mn>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, then<disp-formula id="e19">
<mml:math id="m64">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.268</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0.732</mml:mn>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(19)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Since <inline-formula id="inf46">
<mml:math id="m65">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf47">
<mml:math id="m66">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, it results in<disp-formula id="e20">
<mml:math id="m67">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1.732</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1000</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1732</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(20)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>At the vertex <italic>E</italic>, we notice that <inline-formula id="inf48">
<mml:math id="m68">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, so it can be obtained from <xref ref-type="disp-formula" rid="e12">Eqs 12</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e13">13</xref> that<disp-formula id="e21">
<mml:math id="m69">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2000</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1732</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(21)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>From <xref ref-type="disp-formula" rid="e20">Eqs 20</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e21">21</xref>, the specific plastic power calculated by <inline-formula id="inf49">
<mml:math id="m70">
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<xref ref-type="bibr" rid="B4">Hosford and Caddell, 2011</xref>) based on the present yield criterion can be obtained as<disp-formula id="e22">
<mml:math id="m71">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.8660</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bb;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1732</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>2000</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2000</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1732</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1000</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1732</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>1000</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1732</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mtext>&#x2002;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.577</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(22)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>By using the same method, the specific plastic power based on the Tresca yield criterion and the TSS yield criterion can be written as follows (<xref ref-type="bibr" rid="B6">Kobayashi et&#x20;al., 1989</xref>)<disp-formula id="e23">
<mml:math id="m72">
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">Tresca</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>,</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(23)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e24">
<mml:math id="m73">
<mml:mrow>
<mml:mi>D</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>i</mml:mi>
<mml:mi>j</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="normal">TSS</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(24)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Comparing <xref ref-type="disp-formula" rid="e22">Eq. 22</xref> with <xref ref-type="disp-formula" rid="e23">Eqs 23</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e24">24</xref>, the relative errors of the specific plastic power among the present one, the Tresca one, and the TSS one are<disp-formula id="e25">
<mml:math id="m74">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>Tresca</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0.577</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>15.40</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="normal">%;</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>TSS</mml:mtext>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>0.577</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>13.45</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="normal">%</mml:mi>
<mml:mi mathvariant="normal">.</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(25)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>The relative errors in <xref ref-type="disp-formula" rid="e25">Eq. 25</xref> indicate that the calculated value of using the mean slope yield criterion is <inline-formula id="inf50">
<mml:math id="m75">
<mml:mrow>
<mml:mn>15.40</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="normal">%</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> higher than the calculated value based on the Tresca one, but is lower <inline-formula id="inf51">
<mml:math id="m76">
<mml:mrow>
<mml:mn>13.45</mml:mn>
<mml:mi mathvariant="normal">%</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> than that based on the TSS&#x20;one.</p>
</sec>
<sec id="s3-3">
<title>Experimental Validation</title>
<p>When the principal stress components satisfy <inline-formula id="inf52">
<mml:math id="m77">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2265;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, Lode proposed a stress characteristic parameter to reflect the difference among different yield criteria. The parameter is (<xref ref-type="bibr" rid="B11">Lode, 1926</xref>):<disp-formula id="e26">
<mml:math id="m78">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:math>
<label>(26)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="e26">Eq. 26</xref> into the Tresca criterion, Mises criterion, TSS yield criterion as well as the AS yield criterion, the following expressions in terms of the Lode characteristic parameter can be derived as follows:</p>
<p>Tresca:<disp-formula id="e27">
<mml:math id="m79">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(27)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Mises:<disp-formula id="e28">
<mml:math id="m80">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(28)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>TSS:<disp-formula id="e29">
<mml:math id="m81">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>1.</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(29)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>AS:<disp-formula id="e30">
<mml:math id="m82">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2000</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>268</mml:mn>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1732</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2000</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>268</mml:mn>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1732</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3bc;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2264;</mml:mo>
<mml:mn>1.</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(30)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Based on the above expressions, a comparison can be carried out with the experimental data from Ref. (<xref ref-type="bibr" rid="B11">Lode, 1926</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B7">Lessells and Macgregor, 1940</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B16">Naghdi et&#x20;al., 1957</xref>; <xref ref-type="bibr" rid="B12">Maxey, 1974</xref>), shown in <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure&#x20;4</xref>.</p>
<fig id="F4" position="float">
<label>FIGURE 4</label>
<caption>
<p>Comparison of various yield criteria and experimental&#x20;data.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fmats-08-741144-g004.tif"/>
</fig>
<p>It can be seen from <xref ref-type="fig" rid="F4">Figure&#x20;4</xref> that the Tresca yield criterion&#x20;predicts the lower bound of the experimental data, while the TSS yield criterion predicts the upper bound. The present calculated value is lie between those based on the TSS criterion and the Tresca criterion, and closes to that based on the Mises yield criterion. It can be seen that the predictive results based on the AS yield criterion correlate well with the experimental data, and can bring in the reasonable intermediate results since both the average error and the maximum error are very small, just 3.21 and 10.66% respectively.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s4">
<title>Mechanical Analysis of Thick Plate Rolling</title>
<sec id="s4-1">
<title>Velocity Field in the Form of Logistic Function</title>
<p>As shown in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure&#x20;5</xref>, <inline-formula id="inf53">
<mml:math id="m83">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is half thickness of the workpiece on the inlet section, <inline-formula id="inf54">
<mml:math id="m84">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is half thickness of the workpiece on the outlet section, <italic>R</italic> is the radius of the roller, point <italic>O</italic> is the geometrical center of the roller, <inline-formula id="inf55">
<mml:math id="m85">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the initial velocity on the inlet section, and <inline-formula id="inf56">
<mml:math id="m86">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the final velocity on the outlet section. <italic>&#x3b8;</italic> is the contact angle, <italic>&#x3b1;</italic> is the neutral angle, <italic>x</italic> is the length of the neutral point from the entrance of the deformation zone, and <inline-formula id="inf57">
<mml:math id="m87">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is half thickness of the workpiece in the deformation zone. It should be noted that when the tangential velocity of the rolled workpiece at the neutral point is equal to the tangential velocity of the roller, and the tangential velocity discontinuity and friction power at this time are both zero. According to the geometric relationship in <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure&#x20;5</xref>, the main deformation parameters can be expressed as (<xref ref-type="bibr" rid="B8">Li et&#x20;al., 2017</xref>)<disp-formula id="e31">
<mml:math id="m88">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(31)</label>
</disp-formula>where, <inline-formula id="inf58">
<mml:math id="m89">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the half thickness at the position <italic>x</italic> and <inline-formula id="inf59">
<mml:math id="m90">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the corresponding thickness at the angle <inline-formula id="inf60">
<mml:math id="m91">
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>.<disp-formula id="e32">
<mml:math id="m92">
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mtext>d</mml:mtext>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(32)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e33">
<mml:math id="m93">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>tan</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:msubsup>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2033;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(33)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e34">
<mml:math id="m94">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msubsup>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(34)</label>
</disp-formula>
</p>
<fig id="F5" position="float">
<label>FIGURE 5</label>
<caption>
<p>The thick plate in the rolling deformation&#x20;zone.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fmats-08-741144-g005.tif"/>
</fig>
<p>From <xref ref-type="disp-formula" rid="e31">Eqs 31</xref>&#x2013;<xref ref-type="disp-formula" rid="e34">34</xref>, the boundary conditions are as follows<disp-formula id="e35">
<mml:math id="m95">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mtext>,</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>tan</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>:</mml:mo>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mtext>,</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mtext>,&#xa0;</mml:mtext>
<mml:msubsup>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>,</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0.</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(35)</label>
</disp-formula>where, <inline-formula id="inf61">
<mml:math id="m96">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the half of plate width along the <italic>x</italic> and <inline-formula id="inf62">
<mml:math id="m97">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the spread between the final width and the initial&#x20;width.</p>
<p>This article assumes that the horizontal velocity component <inline-formula id="inf63">
<mml:math id="m98">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> in the deformation zone increases gradually according to the Logistic function from the inlet to the outlet, that is, it has the following functional form<disp-formula id="e36">
<mml:math id="m99">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msup>
<mml:mtext>e</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mtext>e</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(36)</label>
</disp-formula>where, <inline-formula id="inf64">
<mml:math id="m100">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf65">
<mml:math id="m101">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>,<inline-formula id="inf66">
<mml:math id="m102">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>c</mml:mi>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are undetermined parameters, which are determined by the boundary conditions on the entrance and exit sections: <inline-formula id="inf67">
<mml:math id="m103">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mtext>,</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x2009;</mml:mtext>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mtext>,&#xa0;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mtext>&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mtext>,&#xa0;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> So, the following velocity field can be established<disp-formula id="e37">
<mml:math id="m104">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(37)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>According to the volume constant condition, i.e. <inline-formula id="inf68">
<mml:math id="m105">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf69">
<mml:math id="m106">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, then the velocity field can be simplified into the following form:<disp-formula id="e38">
<mml:math id="m107">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(38)</label>
</disp-formula>where, <inline-formula id="inf70">
<mml:math id="m108">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>,<inline-formula id="inf71">
<mml:math id="m109">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf72">
<mml:math id="m110">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are called the velocity components in the rolling direction, the spreading direction and the reduction direction, respectively. According to the geometric equation, we can get<disp-formula id="e39">
<mml:math id="m111">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(39)</label>
</disp-formula>where, <inline-formula id="inf73">
<mml:math id="m112">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf74">
<mml:math id="m113">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and <inline-formula id="inf75">
<mml:math id="m114">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> are the strain rate components in the rolling direction, the spreading direction and the reduction direction, respectively. The volume rate per second denoted by <inline-formula id="inf76">
<mml:math id="m115">
<mml:mi>U</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> in the deformation zone can be written as follows:<disp-formula id="e40">
<mml:math id="m116">
<mml:mrow>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(40)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>In <xref ref-type="disp-formula" rid="e38">Eqs 38</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e39">39</xref>, due to <inline-formula id="inf77">
<mml:math id="m117">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>; <inline-formula id="inf78">
<mml:math id="m118">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf79">
<mml:math id="m119">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>; <inline-formula id="inf80">
<mml:math id="m120">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf81">
<mml:math id="m121">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>; <inline-formula id="inf82">
<mml:math id="m122">
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf83">
<mml:math id="m123">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>; <inline-formula id="inf84">
<mml:math id="m124">
<mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf85">
<mml:math id="m125">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>tan</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the velocity field meets the kinematically admissible condition rigorously and can be used as a basis for the following energy calculation.</p>
</sec>
<sec id="s4-2">
<title>Internal Deformation Power</title>
<p>It is known that the specific plastic power based on the Mises yield criterion is nonlinear, which is difficult to be integrated to obtain the internal deformation power. For solving this problem, a new method called the replacement method of specific plastic power is proposed here. This method is to replace the specific plastic power of the Mises yield criterion by the present specific plastic power based on the AS yield criterion. Therefore, the internal deformation power <inline-formula id="inf86">
<mml:math id="m126">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> (<xref ref-type="bibr" rid="B17">Sezek et&#x20;al., 2008</xref>) can be calculated by<disp-formula id="e41">
<mml:math id="m127">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mn>0.577</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mn>0.577</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>max</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4.616</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4.616</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(41)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
<sec id="s4-3">
<title>Friction Power</title>
<p>According to the roller surface equation <inline-formula id="inf87">
<mml:math id="m128">
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>sec</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <xref ref-type="disp-formula" rid="e36">Eq. 36</xref>, the friction power consumed on the contact surface between the roller and the workpiece can be calculated by (<xref ref-type="bibr" rid="B17">Sezek et&#x20;al., 2008</xref>)<disp-formula id="e42">
<mml:math id="m129">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(42)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e43">
<mml:math id="m130">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sec</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(43)</label>
</disp-formula>where, <inline-formula id="inf88">
<mml:math id="m131">
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is the friction factor, <inline-formula id="inf89">
<mml:math id="m132">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the velocity discontinuity. The shear yield strength is <inline-formula id="inf90">
<mml:math id="m133">
<mml:mrow>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. According to the collinear characteristic between the friction shear stress <inline-formula id="inf91">
<mml:math id="m134">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the velocity discontinuity <inline-formula id="inf92">
<mml:math id="m135">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, the shear power can be calculated by<disp-formula id="e44">
<mml:math id="m136">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>S</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c4;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>f</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mtext>&#x394;</mml:mtext>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sec</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(44)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>From <xref ref-type="fig" rid="F5">Figure&#x20;5</xref>, the direction cosines between <inline-formula id="inf93">
<mml:math id="m137">
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the coordinate axis are respectively<disp-formula id="e45">
<mml:math id="m138">
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>{</mml:mo>
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b2;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mo>;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mo>&#xb1;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(45)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Substituting <xref ref-type="disp-formula" rid="e45">Eq. 45</xref> into <xref ref-type="disp-formula" rid="e44">Eq. 44</xref>, we can get<disp-formula id="e46">
<mml:math id="m139">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sec</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>tan</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b3;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>sec</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>U</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>tan</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>tan</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>U</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>tan</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>tan</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(46)</label>
</disp-formula>where, <inline-formula id="inf94">
<mml:math id="m140">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the average value of&#x20;<inline-formula id="inf95">
<mml:math id="m141">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>.</p>
</sec>
<sec id="s4-4">
<title>Shearing Power</title>
<p>From <xref ref-type="disp-formula" rid="e35">Eqs 35</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e37">37</xref>, we can see that: on the exit section <inline-formula id="inf96">
<mml:math id="m142">
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, <inline-formula id="inf97">
<mml:math id="m143">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x2032;</mml:mo>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>; <inline-formula id="inf98">
<mml:math id="m144">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is on the exit section. Therefore, we can have<disp-formula id="e47">
<mml:math id="m145">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x7c;</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>x</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(47)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Since there is no shear power consumed on the outlet section, the shear power <inline-formula id="inf99">
<mml:math id="m146">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>consumed on the inlet section is equal to the total shear power. Therefore, we have<disp-formula id="e48">
<mml:math id="m147">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mo>&#xaf;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mi>z</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msubsup>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mstyle displaystyle="true">
<mml:mrow>
<mml:msubsup>
<mml:mo>&#x222b;</mml:mo>
<mml:mn>0</mml:mn>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:msubsup>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>1</mml:mn>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>tan</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>y</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>z</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mstyle>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mtext>&#xa0;&#xa0;&#xa0;&#xa0;</mml:mtext>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>U</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>tan</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(48)</label>
</disp-formula>
</p>
</sec>
<sec id="s4-5">
<title>Total Power of Rolling Deformation and its Extreme Value</title>
<p>The total power <inline-formula id="inf100">
<mml:math id="m148">
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3a6;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> can be calculated by<disp-formula id="e49">
<mml:math id="m149">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>.<label>(49)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Therefore, by adding <xref ref-type="disp-formula" rid="e41">Eqs 41</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e46">46</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e48">48</xref>, it results in<disp-formula id="e50">
<mml:math id="m150">
<mml:mrow>
<mml:mi mathvariant="italic">&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4.616</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>U</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>tan</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>tan</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:math>.<label>(50)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>From <xref ref-type="disp-formula" rid="e40">Eqs 40</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e41">41</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e46">46</xref>, <xref ref-type="disp-formula" rid="e48">48</xref>, one can obtain that<disp-formula id="e51">
<mml:math id="m151">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>U</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mi>b</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msup>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>sin</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>cos</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(51)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e52">
<mml:math id="m152">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4.616</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(52)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e53">
<mml:math id="m153">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mi>N</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>tan</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(53)</label>
</disp-formula>
<disp-formula id="e54">
<mml:math id="m154">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>tan</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>tan</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(54)</label>
</disp-formula>Therefore, we can have<disp-formula id="e55">
<mml:math id="m155">
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:mi>&#x3a6;</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>d</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>d</mml:mi>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>.</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(55)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>When the total power <inline-formula id="inf101">
<mml:math id="m156">
<mml:mi>&#x3a6;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> achieves the minimum value, the theoretical expression of the friction factor <italic>m</italic> can be obtained by solving <xref ref-type="disp-formula" rid="e55">Eq. 55</xref>. Therefore, we have<disp-formula id="e56">
<mml:math id="m157">
<mml:mrow>
<mml:mi>m</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mn>4.616</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3be;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mfrac>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:msup>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>tan</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>k</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>[</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mi>N</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mi>ln</mml:mi>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mi>tan</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mi>tan</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mo>(</mml:mo>
<mml:mrow>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3c0;</mml:mi>
<mml:mn>4</mml:mn>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mi>&#x3b8;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
<mml:mo>)</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>U</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:mi>cos</mml:mi>
<mml:mo>&#x2061;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>a</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
<mml:mo>]</mml:mo>
</mml:mrow>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>.<label>(56)</label>
</disp-formula>
</p>
<p>Substituting a neutral angle <inline-formula id="inf102">
<mml:math id="m158">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3b1;</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> into <xref ref-type="disp-formula" rid="e56">Eq. 56</xref>, then the friction factor <italic>m</italic> can be obtained. Therefore, we can obtain the analytical solution of rolling torque <inline-formula id="inf103">
<mml:math id="m159">
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, rolling force <inline-formula id="inf104">
<mml:math id="m160">
<mml:mi>F</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> and stress state coefficient <inline-formula id="inf105">
<mml:math id="m161">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>:<disp-formula id="e57">
<mml:math id="m162">
<mml:mrow>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3a6;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mi>min</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msub>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mtext>&#x3c7;</mml:mtext>
<mml:msqrt>
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:mi>R</mml:mi>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mi>h</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msqrt>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
<mml:mo>;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>4</mml:mn>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mi>k</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(57)</label>
</disp-formula>where, the arm coefficient <inline-formula id="inf106">
<mml:math id="m163">
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> can refer to the literature (<xref ref-type="bibr" rid="B3">Harris, 2014</xref>).</p>
<p>From the above derivation, it can be seen that the present new method of using a linear yield criterion to analyze a new velocity field can solve the problem of integral difficulty due to the nonlinear Mises yield criterion and can provide the possibility of acquiring an analytical model of rolling force for multi-component alloys. It also can be seen that such a model has a clear functional relationship, which is convenient to be used on-line in the process parameter design and the thickness control of a rolled&#x20;plate.</p>
</sec>
<sec id="s4-6">
<title>Experimental Validation of Rolling Force and Thickness Prediction</title>
<p>An on-site rolling experiment was carried out in a domestic factory. The roller diameter is 1120mm, and the billet size is 320&#xa0;mm &#xd7; 2050&#xa0;mm &#xd7; 3250&#xa0;mm. The measured rolling velocities for the 2nd&#x2013;6th passes are 1.64, 1.66, 1.68, 1.82, and 1.97&#xa0;m/s respectively. The arm coefficient <inline-formula id="inf107">
<mml:math id="m164">
<mml:mi>&#x3c7;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is respectively taken as 0.49, 0.50, 0.51, 0.49, and 0.50; the corresponding rolling temperatures are 944.56&#xb0;C, 933.49&#xb0;C, 922.97&#xb0;C, 924.68&#xb0;C, and 932.11&#xb0;C, respectively. The outlet thickness and the rolling force for each pass can be accurately acquired by thickness measurement. The deformation resistance of the multicomponent alloys in the experiment adopted in the present paper is (<xref ref-type="bibr" rid="B24">Zhang, 2018</xref>)<disp-formula id="e58">
<mml:math id="m165">
<mml:mtable columnalign="left">
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mn>3583</mml:mn>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mtext>.</mml:mtext>
<mml:mn>195</mml:mn>
<mml:mtext>e</mml:mtext>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>2.233</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>T</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mrow>
<mml:mn>0.42437</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>0.3486</mml:mn>
<mml:mo>&#xd7;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>10</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>3</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>0.46339</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
<mml:mo>;</mml:mo>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
<mml:mtr>
<mml:mtd>
<mml:mi>T</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:mi>t</mml:mi>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mn>273.</mml:mn>
</mml:mtd>
</mml:mtr>
</mml:mtable>
</mml:math>
<label>(58)</label>
</disp-formula>where, <inline-formula id="inf108">
<mml:math id="m166">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> is effectiveness strain, <inline-formula id="inf109">
<mml:math id="m167">
<mml:mrow>
<mml:mover accent="true">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
<mml:mo>&#x2d9;</mml:mo>
</mml:mover>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is effectiveness strain rate, <italic>t</italic> is deformation temperature, <italic>T</italic> is Kelvin temperature.</p>
<p>The rolling torque and rolling force for the above passes can be predicted by <xref ref-type="disp-formula" rid="e57">Eq. 57</xref>, which is shown in <xref ref-type="table" rid="T1">Table&#x20;1</xref>.</p>
<table-wrap id="T1" position="float">
<label>TABLE 1</label>
<caption>
<p>Validation of the predictive models of rolling force and torque with measured&#x20;data.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="left">Pass No</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf110">
<mml:math id="m168">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>v</mml:mi>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> <inline-formula id="inf111">
<mml:math id="m169">
<mml:mrow>
<mml:mtext>m</mml:mtext>
<mml:mo>&#x22c5;</mml:mo>
<mml:msup>
<mml:mtext>s</mml:mtext>
<mml:mrow>
<mml:mo>&#x2212;</mml:mo>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:mrow>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>
</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf112">
<mml:math id="m170">
<mml:mi mathvariant="italic">T</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> /&#xb0;C</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf113">
<mml:math id="m171">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> /mm</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf114">
<mml:math id="m172">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> /mm</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf115">
<mml:math id="m173">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> /mm</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf116">
<mml:math id="m174">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>b</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> /mm</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf117">
<mml:math id="m175">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mtext>M</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> /kN</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf118">
<mml:math id="m176">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mtext>A</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> /kN</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf119">
<mml:math id="m177">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> /%</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf120">
<mml:math id="m178">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mtext>M</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> /kN&#xb7;m</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf121">
<mml:math id="m179">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> /kN&#xb7;m</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf122">
<mml:math id="m180">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> /%</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">2</td>
<td align="char" char=".">1.64</td>
<td align="char" char=".">945</td>
<td align="char" char=".">299</td>
<td align="char" char=".">272</td>
<td align="char" char=".">3,472.0</td>
<td align="char" char=".">3,474.4</td>
<td align="char" char=".">43,607</td>
<td align="char" char=".">45,073</td>
<td align="char" char=".">3.4</td>
<td align="char" char=".">2,640</td>
<td align="char" char=".">2,740</td>
<td align="char" char=".">3.8</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">3</td>
<td align="char" char=".">1.66</td>
<td align="char" char=".">933</td>
<td align="char" char=".">272</td>
<td align="char" char=".">245</td>
<td align="char" char=".">3,474.4</td>
<td align="char" char=".">3,476.6</td>
<td align="char" char=".">44,006</td>
<td align="char" char=".">45,407</td>
<td align="char" char=".">3.2</td>
<td align="char" char=".">2,694</td>
<td align="char" char=".">2,774</td>
<td align="char" char=".">3.0</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">4</td>
<td align="char" char=".">1.68</td>
<td align="char" char=".">923</td>
<td align="char" char=".">245</td>
<td align="char" char=".">219</td>
<td align="char" char=".">3,476.6</td>
<td align="char" char=".">3,478.6</td>
<td align="char" char=".">43,172</td>
<td align="char" char=".">46,936</td>
<td align="char" char=".">8.7</td>
<td align="char" char=".">2,665</td>
<td align="char" char=".">2,895</td>
<td align="char" char=".">8.6</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">5</td>
<td align="char" char=".">1.82</td>
<td align="char" char=".">925</td>
<td align="char" char=".">219</td>
<td align="char" char=".">194</td>
<td align="char" char=".">3,478.6</td>
<td align="char" char=".">3,480.5</td>
<td align="char" char=".">42,269</td>
<td align="char" char=".">47,675</td>
<td align="char" char=".">12.8</td>
<td align="char" char=".">2,430</td>
<td align="char" char=".">2,733</td>
<td align="char" char=".">12.5</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">6</td>
<td align="char" char=".">1.97</td>
<td align="char" char=".">932</td>
<td align="char" char=".">194</td>
<td align="char" char=".">173</td>
<td align="char" char=".">3,474.4</td>
<td align="char" char=".">3,482.0</td>
<td align="char" char=".">39,061</td>
<td align="char" char=".">40,565</td>
<td align="char" char=".">3.9</td>
<td align="char" char=".">2,101</td>
<td align="char" char=".">2,174</td>
<td align="char" char=".">3.4</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>In <xref ref-type="table" rid="T1">Table&#x20;1</xref>, <inline-formula id="inf123">
<mml:math id="m181">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> denotes the relative error between the calculated rolling force <inline-formula id="inf124">
<mml:math id="m182">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the experimental one <inline-formula id="inf125">
<mml:math id="m183">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. It can be seen that the maximum error is 12.8%. <inline-formula id="inf126">
<mml:math id="m184">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mn>2</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> denotes the relative error between the calculated rolling torque <inline-formula id="inf127">
<mml:math id="m185">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the experimental one <inline-formula id="inf128">
<mml:math id="m186">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>M</mml:mi>
<mml:mi>M</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. As shown in <xref ref-type="table" rid="T1">Table&#x20;1</xref>, the maximum error is 12.5%. Therefore, both the two maximum errors are within the engineering allowable value of 15% (<xref ref-type="bibr" rid="B21">Wang et&#x20;al., 2019</xref>). It should be noted here that it is better to further give the comparison between the present results based on the present yield criterion and those based on the other yield criteria, which can further reflect the superiority of the present yield criterion. However, due to the complexity of giving a set of formulas based on the other yield criteria synchronously, it is inconvenient to do this work at this time. In the future, we will work on this aspect systematically.</p>
<p>At the same time, the rolling force model obeys the bounce equation (<xref ref-type="bibr" rid="B18">Sun et&#x20;al., 2013</xref>)<disp-formula id="e59">
<mml:math id="m187">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mi>E</mml:mi>
<mml:mo>&#x3d;</mml:mo>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>&#x2b;</mml:mo>
<mml:mfrac>
<mml:mi>P</mml:mi>
<mml:mi>K</mml:mi>
</mml:mfrac>
</mml:mrow>
</mml:math>
<label>(59)</label>
</disp-formula>where, <inline-formula id="inf129">
<mml:math id="m188">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the final thickness of the rolled product, <inline-formula id="inf130">
<mml:math id="m189">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the no-load roll gap which can be determined by the regression of experimental data of measured rolling force and measured exit thickness in <xref ref-type="table" rid="T1">Table&#x20;1</xref>, <italic>E</italic> is the bouncing amount of the rolling mill, <italic>P</italic> is the rolling force, and <italic>K</italic> is the stiffness coefficient of the rolling mill, <italic>K &#x3d;</italic> 10700&#xa0;kN/mm is for the present rolling&#x20;mill.</p>
<p>Based on <xref ref-type="disp-formula" rid="e59">Eq. 59</xref>, the comparison between the predicted value of outlet thickness and the measured value for each pass can be shown in <xref ref-type="table" rid="T2">Table&#x20;2</xref>.</p>
<table-wrap id="T2" position="float">
<label>TABLE 2</label>
<caption>
<p>Comparison of the predicted outlet thickness with the measured&#x20;one.</p>
</caption>
<table>
<thead valign="top">
<tr>
<th align="left">Pass No</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf131">
<mml:math id="m190">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mtext>M</mml:mtext>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> /kN</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf132">
<mml:math id="m191">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>S</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> /mm</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf133">
<mml:math id="m192">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> /mm</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf134">
<mml:math id="m193">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> /mm</th>
<th align="center">
<inline-formula id="inf135">
<mml:math id="m194">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> /mm</th>
</tr>
</thead>
<tbody valign="top">
<tr>
<td align="left">2</td>
<td align="char" char=".">43,607</td>
<td align="char" char=".">267.95</td>
<td align="char" char=".">272.02</td>
<td align="char" char=".">272.16</td>
<td align="char" char=".">0.14</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">3</td>
<td align="char" char=".">44,006</td>
<td align="char" char=".">241.26</td>
<td align="char" char=".">245.37</td>
<td align="char" char=".">245.50</td>
<td align="char" char=".">0.13</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">4</td>
<td align="char" char=".">43,172</td>
<td align="char" char=".">214.76</td>
<td align="char" char=".">218.80</td>
<td align="char" char=".">219.15</td>
<td align="char" char=".">0.35</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">5</td>
<td align="char" char=".">42,269</td>
<td align="char" char=".">189.92</td>
<td align="char" char=".">193.87</td>
<td align="char" char=".">194.37</td>
<td align="char" char=".">0.50</td>
</tr>
<tr>
<td align="left">6</td>
<td align="char" char=".">39,061</td>
<td align="char" char=".">169.52</td>
<td align="char" char=".">173.17</td>
<td align="char" char=".">173.31</td>
<td align="char" char=".">0.14</td>
</tr>
</tbody>
</table>
</table-wrap>
<p>In <xref ref-type="table" rid="T2">Table&#x20;2</xref>, <inline-formula id="inf136">
<mml:math id="m195">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x394;</mml:mi>
<mml:mi>H</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> is the absolute error between the measured exit thickness <inline-formula id="inf137">
<mml:math id="m196">
<mml:mrow>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>1</mml:mn>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the predicted exit thickness <inline-formula id="inf138">
<mml:math id="m197">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>H</mml:mi>
<mml:mi>f</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. The average error remains at 0.25mm, and the maximum error does not exceed 0.50mm, which meets the allowable deviation of GB/T 709-2019. Therefore, it can be concluded that the prediction accuracy is high. Also, it can be concluded that due to the high precision of the rolling force model, the precision of the outlet thickness is also high, which can provide scientific guidance for rolling process optimization.</p>
</sec>
</sec>
<sec id="s5">
<title>Analysis and Discussion</title>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F6">Figure&#x20;6</xref> shows the effect of friction factor <italic>m</italic> and relative reduction <inline-formula id="inf139">
<mml:math id="m198">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> on the neutral point position <inline-formula id="inf140">
<mml:math id="m199">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>X</mml:mi>
<mml:mi>n</mml:mi>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>l</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. It is seen that with the increase of <italic>m</italic>, the position of the neutral point gradually moves towards the entrance, while with the increase of <inline-formula id="inf141">
<mml:math id="m200">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula>, the position of the neutral point moves towards the&#x20;exit.</p>
<fig id="F6" position="float">
<label>FIGURE 6</label>
<caption>
<p>Effect of friction factor and relative reduction on the neutral point position.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fmats-08-741144-g006.tif"/>
</fig>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F7">Figure&#x20;7</xref> shows the effect of shape factor <inline-formula id="inf142">
<mml:math id="m201">
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the friction factor <italic>m</italic> on the stress state coefficient <inline-formula id="inf143">
<mml:math id="m202">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. It can be seen that as the shape factor increases, the <inline-formula id="inf144">
<mml:math id="m203">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> decreases significantly. The friction factor <italic>m</italic> has a small effect on <inline-formula id="inf145">
<mml:math id="m204">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>n</mml:mi>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, indicating that the friction power has little influence on the total&#x20;power.</p>
<fig id="F7" position="float">
<label>FIGURE 7</label>
<caption>
<p>Effect of the shape factor and friction factor on the stress state coefficient.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fmats-08-741144-g007.tif"/>
</fig>
<p>
<xref ref-type="fig" rid="F8">Figure&#x20;8</xref> shows the effect of the thickness-radius ratio <inline-formula id="inf146">
<mml:math id="m205">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and the reduction ratio <inline-formula id="inf147">
<mml:math id="m206">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> on the calculated rolling force <inline-formula id="inf148">
<mml:math id="m207">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>F</mml:mi>
<mml:mi>A</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. It can be seen that with the increase of the reduction ratio and the increase of the ratio of thickness to radius, the rolling force increases.</p>
<fig id="F8" position="float">
<label>FIGURE 8</label>
<caption>
<p>Effect of the thickness to radius ratio and relative reduction on the rolling&#x20;force.</p>
</caption>
<graphic xlink:href="fmats-08-741144-g008.tif"/>
</fig>
<p>From the above comparison and analysis, it should be noted here that by comparing with the previous method, the present method of using a new yield criterion to analyze the present velocity field can not only provide an analytical solution of rolling force rather than a numerical one, but also can give more reasonable results with high precision (within 15%). This is due to the effectiveness of approximating to the Mises yield criterion with the present linear one and the rationality of proposing the present velocity field in the form of logistic function. In a word, the present paper has proposed a new method of analyzing the plate rolling process for multi component alloys. Based on this superiority, the process parameters of plate rolling can be designed and the thickness of the rolled plate can be controlled well, and the changing tendency of the rolling force along with many process parameters, such as the reduction, friction factor, thickness-to-radius ratio, can be disclosed quantitatively.</p>
</sec>
<sec sec-type="conclusion" id="s6">
<title>Conclusion</title>
<p>
<list list-type="simple">
<list-item>
<p>1) The AS yield criterion proposed in this paper is a linear combination of principal stress components. Its yield locus is an equilateral and non-equiangular dodecagon with side length of <inline-formula id="inf149">
<mml:math id="m208">
<mml:mrow>
<mml:mn>0.423</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>&#x3c3;</mml:mi>
<mml:mi>s</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>. It intersects with the Mises circle, whose vertex angles are <inline-formula id="inf150">
<mml:math id="m209">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>150.71</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2218;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> and <inline-formula id="inf151">
<mml:math id="m210">
<mml:mrow>
<mml:msup>
<mml:mrow>
<mml:mn>149.29</mml:mn>
</mml:mrow>
<mml:mo>&#x2218;</mml:mo>
</mml:msup>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> respectively. The calculated results of the AS yield criterion are in good agreement with the experimental data, and the linear specific plastic power that lies in between the one based on the Tresca criterion and the one based on the TSS criterion is also derived.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>2) This paper establishes a new velocity field based on the logistic function. This velocity field is proved to be satisfy the kinematically admissible condition rigorously. Based on the velocity field, the analytical solutions of rolling force and torque are established. After comparing with the measured rolling data, it is found that the analytical ones are in good agreement with the actual measured ones. The maximum errors for the rolling force and torque are 12.8 and 12.5% respectively. Besides, the bounce equation that based on the rolling force model is also given, and it is found that the predictive error is maintained at 0.25&#xa0;mm, and the maximum error is no more than 0.50&#xa0;mm. It can be seen that the method of using the AS yield criterion to analyze the proposed velocity field in this paper is effective.</p>
</list-item>
<list-item>
<p>3) It is found that as the friction factor <italic>m</italic> increases, the neutral point moves toward the inlet. As the reduction rate <inline-formula id="inf152">
<mml:math id="m211">
<mml:mi>&#x3b5;</mml:mi>
</mml:math>
</inline-formula> increases, the neutral point moves toward the outlet. The stress state coefficient will decrease with the increase of the shape factor <inline-formula id="inf153">
<mml:math id="m212">
<mml:mrow>
<mml:mi>l</mml:mi>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mn>2</mml:mn>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mi>m</mml:mi>
</mml:msub>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula>, and the increase in the thickness-to-radius ratio <inline-formula id="inf154">
<mml:math id="m213">
<mml:mrow>
<mml:msub>
<mml:mi>h</mml:mi>
<mml:mn>0</mml:mn>
</mml:msub>
<mml:mo>/</mml:mo>
<mml:mi>R</mml:mi>
</mml:mrow>
</mml:math>
</inline-formula> of the rolled plate will cause an increase in the rolling&#x20;force.</p>
</list-item>
</list>
</p>
</sec>
</body>
<back>
<sec id="s7">
<title>Data Availability Statement</title>
<p>The original contributions presented in the study are included in the article/Supplementary Material, further inquiries can be directed to the corresponding author.</p>
</sec>
<sec id="s8">
<title>Author Contributions</title>
<p>SHZ: Responsible for modeling of rolling force; JLX: Responsible for collection of experimental data and model validation; LZC: Responsible for grammar modification.</p>
</sec>
<sec id="s9">
<title>Funding</title>
<p>This work is funded by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 52074187, U1960105, 51504156) and the Natural Science Foundation of Jiangsu Province (Grant No. BK20180095).</p>
</sec>
<sec sec-type="COI-statement" id="s10">
<title>Conflict of Interest</title>
<p>The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.</p>
</sec>
<sec sec-type="disclaimer" id="s11">
<title>Publisher&#x2019;s Note</title>
<p>All claims expressed in this article are solely those of the authors and do not necessarily represent those of their affiliated organizations, or those of the publisher, the editors and the reviewers. Any product that may be evaluated in this article, or claim that may be made by its manufacturer, is not guaranteed or endorsed by the publisher.</p>
</sec>
<ref-list>
<title>References</title>
<ref id="B1">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Drucker</surname>
<given-names>D. C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Prager</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1952</year>). <article-title>Soil Mechanics and Plastic Analysis or Limit Design</article-title>. <source>Quart. Appl. Math.</source> <volume>10</volume> (<issue>2</issue>), <fpage>157</fpage>&#x2013;<lpage>165</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1090/qam/48291</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B2">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Gao</surname>
<given-names>J.&#x20;P.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Yu</surname>
<given-names>M. H.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2005</year>). <article-title>Study on the Unified Yield Criterion of Three-Shear Stress [J]</article-title>. <source>J.&#x20;Xi&#x2019;an Univ. Architecture Technol. Nat. Sci. Edition</source> <volume>37</volume> (<issue>4</issue>). <pub-id pub-id-type="doi">10.15986/j.1006-7930.2005.04.019</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B3">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Harris</surname>
<given-names>J.&#x20;N.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2014</year>). <source>Mechanical Working of Metals: Theory and practice[M]</source>, <volume>Vol. 36</volume>. <publisher-loc>Oxford</publisher-loc>: <publisher-name>Elsevier</publisher-name>.</citation>
</ref>
<ref id="B4">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Hosford</surname>
<given-names>W. F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Caddell</surname>
<given-names>R. M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2011</year>). <source>Metal Forming: Mechanics and metallurgy[M]</source>. <publisher-loc>New York</publisher-loc>: <publisher-name>Cambridge University Press</publisher-name>.</citation>
</ref>
<ref id="B5">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Jia</surname>
<given-names>W. T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ma</surname>
<given-names>L. F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ma</surname>
<given-names>Z. Y.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2016</year>). <article-title>As-cast Rolling Process and Flow Stress of AZ31B Magnesium Alloy[J]</article-title>. <source>Rare Metal Mater. Eng.</source> (<issue>1</issue>), <fpage>152</fpage>&#x2013;<lpage>158</lpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B6">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Kobayashi</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Kobayashi</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Oh</surname>
<given-names>S. I.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1989</year>). <source>Metal Forming and the Finite-Element method[M]</source>. <publisher-loc>Oxford</publisher-loc>: <publisher-name>Oxford University Press on Demand</publisher-name>.</citation>
</ref>
<ref id="B7">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lessells</surname>
<given-names>J.&#x20;M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Macgregor</surname>
<given-names>C. W.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1940</year>). <article-title>Combined Stress Experiments on a Nickel-Chrome-Molybdenum Steel</article-title>. <source>J.&#x20;Franklin Inst.</source> <volume>230</volume> (<issue>2</issue>), <fpage>163</fpage>&#x2013;<lpage>181</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/s0016-0032(40)90729-3</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B8">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>C.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Ruan</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Xu</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>A Simplified Method to Calculate the Rolling Force in Hot Rolling[J]</article-title>. <source>Int. J.&#x20;Adv. Manufacturing Tech.</source> <volume>88</volume> (<issue>5-8</issue>), <fpage>2053</fpage>&#x2013;<lpage>2059</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s00170-016-8890-z</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B9">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>T.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Z. W.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1996</year>). <article-title>Characteristic Field of Plane Stress Problem for the Orthotropic Materials[J]</article-title>. <source>J.&#x20;Harbin Inst. Tech.</source> (<issue>04</issue>), <fpage>123</fpage>&#x2013;<lpage>126</lpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B10">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>Y. M.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). <source>Research on Mathematical Model of Strip Rolling Force and Shape Control Based on Energy Method [D]</source>. <publisher-loc>Shenyang</publisher-loc>: <publisher-name>Northeastern University</publisher-name>.</citation>
</ref>
<ref id="B11">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Lode</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1926</year>). <article-title>Versuche &#xfc;ber den Einflu&#xdf; der mittleren Hauptspannung auf das Flie&#xdf;en der Metalle Eisen, Kupfer und Nickel[J]</article-title>. <source>Z. f&#xfc;r Physik A Hadrons Nuclei</source> <volume>36</volume> (<issue>11</issue>), <fpage>913</fpage>&#x2013;<lpage>939</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/bf01400222</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B12">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Maxey</surname>
<given-names>W. A.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1974</year>). <article-title>Measurement of Yield Strength in the Mill Expander[C]</article-title>. <source>Proc. fifth Symp. line pipe Res.</source>, <fpage>20</fpage>&#x2013;<lpage>22</lpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B13">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mises</surname>
<given-names>R. V.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1913</year>). <article-title>Mechanik der festen K&#xf6;rper im plastisch-deformablen Zustand[J]. Nachrichten von der Gesellschaft der Wissenschaften zu G&#xf6;ttingen</article-title>. <source>Mathematisch-Physikalische Klasse</source> <volume>1913</volume> (<issue>4</issue>), <fpage>582</fpage>&#x2013;<lpage>592</lpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B14">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mises</surname>
<given-names>R. V.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1928</year>). <article-title>Mechanik der plastischen Form&#xe4;nderung von Kristallen</article-title>. <source>Z. Angew. Math. Mech.</source> <volume>8</volume> (<issue>3</issue>), <fpage>161</fpage>&#x2013;<lpage>185</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1002/zamm.19280080302</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B15">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Mohr</surname>
<given-names>O.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1900</year>). <article-title>Welche Umst&#xe4;nde bedingen die Elastizit&#xe4;tsgrenze und den Bruch eines Materials[J]</article-title>. <source>Z. des Vereins Deutscher Ingenieure</source> <volume>46</volume> (<issue>1524-1530</issue>), <fpage>1572</fpage>&#x2013;<lpage>1577</lpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B16">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Naghdi</surname>
<given-names>P. M.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Essenburg</surname>
<given-names>F.</given-names>
<suffix>Jr</suffix>
</name>
<name>
<surname>Koff</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1957</year>). <source>An Experimental Study of Initial and Subsequent Yield Surfaces in plasticity[J]</source>. <publisher-loc>New York</publisher-loc>: <publisher-name>Mechanics Reviews</publisher-name>, <fpage>201</fpage>&#x2013;<lpage>209</lpage>.</citation>
</ref>
<ref id="B17">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sezek</surname>
<given-names>S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Aksakal</surname>
<given-names>B.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Can</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2008</year>). <article-title>Analysis of Cold and Hot Plate Rolling Using Dual Stream Functions</article-title>. <source>Mater. Des.</source> <volume>29</volume> (<issue>3</issue>), <fpage>584</fpage>&#x2013;<lpage>596</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.matdes.2007.03.005</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B18">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Sun</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Peng</surname>
<given-names>Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Liu</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2013</year>). <article-title>Coupled Dynamic Modeling of Rolls Model and Metal Model for Four High Mill Based on Strip crown Control</article-title>. <source>Chin. J.&#x20;Mech. Eng.</source> <volume>26</volume> (<issue>1</issue>), <fpage>144</fpage>&#x2013;<lpage>150</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.3901/cjme.2013.01.144</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B19">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Tresca</surname>
<given-names>H.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1864</year>). <article-title>Memoir on the Flow of Solid Bodies under strong Pressure[J]</article-title>. <source>Comptes-rendus de l&#x2019;acad&#xe9;mie des Sci.</source> <volume>59</volume>, <fpage>754</fpage>&#x2013;<lpage>758</lpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B20">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Z. F.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2000</year>). <article-title>Application of 3D Fluxional Function to Metal Forming [J]</article-title>. <source>J.&#x20;Harbin Inst. Tech.</source> (<issue>05</issue>), <fpage>93</fpage>&#x2013;<lpage>96</lpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B21">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Wang</surname>
<given-names>Z.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gong</surname>
<given-names>D.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Peng</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>A New Data-Driven Roll Force and Roll Torque Model Based on FEM and Hybrid PSO-ELM for Hot Strip Rolling</article-title>. <source>ISIJ&#x20;Int.</source> <volume>59</volume> (<issue>9</issue>), <fpage>1604</fpage>&#x2013;<lpage>1613</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.2355/isijinternational.isijint-2018-846</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B22">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Yu</surname>
<given-names>M. H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>He</surname>
<given-names>L. N.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Song</surname>
<given-names>L. Y.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>1985</year>). <article-title>Twin Shear Stress Theory and its Generalization[J]</article-title>. <source>Sci. China Ser. A-Mathematics, Phys. Astron. Technol. Sci.</source> <volume>28</volume> (<issue>11</issue>), <fpage>1174</fpage>&#x2013;<lpage>1183</lpage>. </citation>
</ref>
<ref id="B23">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Yu</surname>
<given-names>M.-h.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2002</year>). <article-title>Advances in Strength Theories for Materials under Complex Stress State in the 20th century</article-title>. <source>Appl. Mech. Rev.</source> <volume>55</volume> (<issue>3</issue>), <fpage>169</fpage>&#x2013;<lpage>218</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1115/1.1472455</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B24">
<citation citation-type="book">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>S. H.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2018</year>). <source>Linearization of Yield Criterion and its Engineering applications[M]</source>. <publisher-loc>Beijing</publisher-loc>: <publisher-name>Metallurgical Industry Press</publisher-name>.</citation>
</ref>
<ref id="B25">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>S. H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Deng</surname>
<given-names>L.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>Q. Y.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>Q. H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Hou</surname>
<given-names>J.&#x20;X.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2019</year>). <article-title>Modeling of Rolling Force of Ultra-heavy Plate Considering the Influence of Deformation Penetration Coefficient</article-title>. <source>Int. J.&#x20;Mech. Sci.</source> <volume>159</volume>, <fpage>373</fpage>&#x2013;<lpage>381</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.ijmecsci.2019.05.048</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B26">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>S. H.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Gao</surname>
<given-names>S. W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Wu</surname>
<given-names>G. J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Cao</surname>
<given-names>J.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhao</surname>
<given-names>D. W.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2017</year>). <article-title>A Weighted Average Yield Criterion and its Applications to Burst Failure of Pipeline and Three-Dimensional Forging</article-title>. <source>J.&#x20;Manufacturing Process.</source> <volume>28</volume>, <fpage>243</fpage>&#x2013;<lpage>252</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1016/j.jmapro.2017.06.006</pub-id> </citation>
</ref>
<ref id="B27">
<citation citation-type="journal">
<person-group person-group-type="author">
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>Y. F.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Di</surname>
<given-names>H. S.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Li</surname>
<given-names>X.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Peng</surname>
<given-names>W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhao</surname>
<given-names>D-W.</given-names>
</name>
<name>
<surname>Zhang</surname>
<given-names>D-H.</given-names>
</name>
</person-group> (<year>2020</year>). <article-title>A Novel Approach for the Edge Rolling Force and Dog-Bone Shape by Combination of Slip-Line and Exponent Velocity Field[J]</article-title>. <source>SN Appl. Sci.</source> <volume>2</volume> (<issue>12</issue>), <fpage>1</fpage>&#x2013;<lpage>11</lpage>. <pub-id pub-id-type="doi">10.1007/s42452-020-03770-3</pub-id> </citation>
</ref>
</ref-list>
</back>
</article>