热力耦合CSP连轧过程温度场的有限元分析

借助Marc商用软件,采用二维弹塑性大变形热力耦合有限元法,对薄板坯CSP第一道次热轧过程的温度场进行模拟,分析了轧制过程中轧件温度场的分布和变化规律.结果表明:在轧件变形过程中,接触热传导和变形热是影响温度变化的主要因素,二者的综合作用决定了轧件的温度变化规律;轧制结束后,轧件从表面到心部在一定厚度范围内出现明显的温度梯度,超过该临界厚度值,轧件温度基本保持不变.分析结果可以为工业生产提供参考.     

金属大变形过程中温度场的Abaqus模拟

基于Abaqus有限元仿真软件,在考虑到变形热、摩擦热和接触热等因素的情况下,建立了轧件内部温度场的数学模型和轧件空冷及水冷的数学模型,并利用实验获得的金属高温物性参数,对金属的大变形过程进行了有限元建模和仿真,模拟了金属变形过程中纵剖面的温度场分布及变化规律。模拟结果表明,在金属大变形过程中,金属表面的温度变化较大,且是非线性下降的,而金属内部温度变化较小,同时温度与变形量之间相互影响;在热变形过程中,不能忽视金属与环境温度的热交换,这在一定程度上影响着金属表面的温度分布情况;金属与外界发生热交换,交换的热量与外界温度和换热系数有关;金属的变形热对温度场的分布有明显的影响。     

热轧全流程带钢温度场数值模拟

为精确预测轧件的温度场、优化轧制工艺和提高最终产品的质量水平,通过对钢坯的加热和轧件轧制过程传热关系的分析,采用有限差分法建立了热轧全流程各环节轧件三维温度场的数值计算模型。结合钢厂实际生产条件,利用该模型模拟了各环节轧件的温度场,并与实测结果进行了比较,验证了计算结果的准确性。研究表明,轧制速度和终轧厚度对轧件温度影响较大,压下率和轧辊温度对轧件温度有一定的影响,其他工艺因素的影响较小。     

高锰无磁钢异步热轧温度场有限元分析

为研究高锰无磁钢异步热轧过程中温度场的变化规律。文中采用有限元软件MSC.Marc,并基于刚塑性有限元法的仿真模型对高锰无磁钢的异步热轧过程进行数值模拟,分析了轧制过程中初始温度、压下量和异速比对轧件上、下表面和心部温度的影响。研究结果表明:在轧制过程中轧件存在明显的温度效应。在变形区域,各节点温度曲线增幅随着初始温度的上升而减小,温度效应呈逐渐减弱的趋势;随着压下量和异速比的增加,轧件上、下表面温度下降幅度逐渐减小,而心部温度上升幅度逐渐增大。     

汽车齿轮钢棒材连轧过程温度有限元模拟

采用有限元方法对汽车用钢５０Ｃｒ４Ｖ棒材连轧过程温度场进行了解析，解出了轧件横断面温度场并绘制轧过程中轧件温度变化曲线，可以看出变形区热传导作用对轧件表面温度有较大影响，现场实测表明，计算结果与实测值吻合良好。     

AZ31镁合金热轧开坯变形行为的有限元模拟

采用二维弹塑性大变形热力耦合有限元法(FEM),对半连续铸造AZ31镁合金热轧开坯过程第一道次进行模拟,分析变形区内轧件的应力场、应变场的分布及整个热轧过程中的温度场的变化规律.实验结果表明:在轧件变形区内,等效应力沿轧制方向逐渐增大,在中性面附近达到最大值54.1 MPa,随后又逐渐减小;靠近轧件表层σ_x为压应力,靠近心部为拉应力,在变形区σ_y主要为压应力,由表面到中心σ_y逐渐减小;等效应变沿轧制方向逐渐增大,在轧件出口处达到最大值0.253;在整个轧制过程中,轧件内部节点的温度变化缓慢,而表面节点的温度变化剧烈,轧制完成后,表面温度从500℃降低到467℃,中部温度从500℃升高到503.1℃,心部温度从500℃升高到502.2℃.     

楔横轧成形小断面收缩率轴类件热力耦合数值模拟

借助DEFORM-3D有限元软件针对小断面收缩率轴类件的楔横轧成形过程进行热力耦合数值模拟,分析轧件在成形过程中的温度变化规律;通过与常规断面收缩率轧件进行对比,得到小断面收缩率轧件的各向应力分布状态.模拟结果表明:小断面收缩率轧件与轧辊接触表面的温度变化较为剧烈,而轧件内部中心位置附近温度无显著变化;由于轧制位置的不同,轧件各横截面间的温度变化有所差异,曲线的波动存在着相位差.此外,小断面收缩率轧件在接触变形区周围的横向和径向压应力较大而轴向压应力较小,导致其横截面容易出现椭圆化;其中心附近区域由于受到比常规断面收缩率轧件更大横向和轴向拉应力影响,因而更易产生疏松、裂缝等缺陷.进行轧制试验,验证了模拟结果的可靠性.     

多道次中厚板热轧过程的综合数值解析法模拟

采用微分方程的解析解法和数值解法相结合的思路建立了中厚板热轧过程温度场、变形场和轧制力的综合求解模型.在该模型中,考虑到轧件厚度方向的温度梯度远大于沿宽度和长度方向的温度梯度,因而将热传导方程简化为一维微分方程,基于拉格朗日坐标建立了温度场的级数解法.针对中厚板轧制的速度场特点设定了速度场函数,基于欧拉坐标架建立了应变速率和应变的数值解法,从而解决了多道次轧制过程的温度场与变形场连续计算问题.利用该模型模拟了中厚板12道次热轧的成形过程,给出了轧件温度随时间的连续变化曲线以及各道次的轧制力、应变和应变速率的分布和大小.模拟结果与工业现场实测数据吻合较好.     

水流密度对CSP层流冷却影响的研究

研究了CSP层流冷却过程中的传热情况,建立了传热过程的二维非稳态数学模型.通过对冷却过程中轧件在各冷却区的换热边界条件的研究,确定了轧件在各冷却区的换热系数模型,计算出轧件在层流冷却过程中温度变化和温度场分布.最后分析研究了水流密度对于CSP层流冷却的影响.     

角钢成形过程三维有限元热力耦合模拟

应用MARC／autoforge商用有限元程序,采用大变形弹塑性有限元方法对角钢的轧制过程进行了三维有限元热力耦合模拟．对模拟过程中涉及到的变形、温度场和宽展等进行了分析和探讨,重点分析了角钢异形孔中轧件的变形和应力分布．数值模拟的结果和现场实际轧制的情况进行了对比,结果证明数值模拟结果与实际轧制情况相符合．     

二次曲线模型求解中厚板轧制过程中的温度场

针对中厚板轧制过程中温度场不易精确模拟,普通温度模型计算存在误差较大的问题,通过建立二次曲线模型来计算中厚板轧制过程中的温度场,即对中厚板的轧制过程进行一定的简化,用二次曲线逼近中厚板轧制时沿厚度方向上的温度场,并在该曲线的基础上得出二次曲线模型和其计算方法．利用该二次曲线模型对Q235轧制过程中的温度场进行解析．结果表明,二次曲线模型预报精度的相对误差可以控制在3％以内,完全能够满足中厚板在线实际生产的需求．二次曲线模型同时也为其他热轧的温度场解析控制提供了范例．     

中厚板热轧过程中的温度场模拟

针对中厚板轧制过程中温度场不易精确确定,普通温度计算模型计算误差较大或计算较为繁琐的问题,以传热学基本理论为基础,建立了热平衡方程,采用完全隐式差分法对首钢中厚板轧制及冷却过程中的板坯中心温度和表面温度变化进行了模拟.可以得到以下结论:①在轧制过程中,中厚板上表面温度急剧下降,道次间歇期间又有回升的趋势;在层冷过程中,板坯上表面温度迅速下降;②计算的板坯表面温度与实测的表面温度吻合较好,表明该模型可以用来模拟中厚板轧制过程中的温度变化.     

热轧带钢高速钢复合轧辊非稳态温度场的数值模拟

在考虑轧辊空转、周向传热、摩擦热、变形热、轧辊和轧件之间传热系数的变化、轧辊物性参数随温度的变化以及轧件在轧制过程中的温降等因素基础上,对1 700 mm热轧带钢R3和F3机架工作辊的非稳态温度场进行数值模拟。研究结果表明:辊内温度变化剧烈区域的深度仅几mm,随深度的增加,温度的变化幅度迅速减小,极值出现的位置逐渐后移;轧辊中心横截面上的温度外高内低,工作层的径向温度梯度远大于辊芯的径向温度梯度;随轧钢数量的增加,温度曲线逐渐上移;沿辊身长度方向,中间温度高,两头温度低;在纯轧阶段,R3机架工作辊的吸热量和散热量比F3机架的小,而间隙阶段的散热量比F3机架的大。     

以上界三角形速度场计算线材精轧温升

提出了以上界三角形速度场计算高速线材精轧阶段温升的方法.由于线材精轧轧制速度快,散热条件差,可认为轧制过程是绝热的,线材轧制的外功几乎全部转换为热,即线材温升的热量全部来自于变形区内三角形速度场速度不连续线所做的剪切功.三角形速度场确定的总上界功率最小上界值决定了变形区内全部温升的总和,以此原理推导出高速线材精轧机组温升计算公式并对6.5 mm线材精轧进行了实际温升计算与测量,计算结果与测量结果的比较表明,计算的理论温升高于实际测量温升约11%,线材精轧入口温度越低,累计温升越大.     

宽带钢热连轧工作辊热辊形模型

实现工作辊热辊形的在线预报是板形控制的难题之一.采用一维有限差分方法建立了工作辊热辊形在线计算模型,并利用该模型计算了热轧过程中和下机后任意时刻工作辊温度场及其热辊形.仿真和在线应用结果表明,此在线模型计算速度快,精度高,能满足板形在线过程控制的需要.     

热连轧工作辊三维瞬态温度场数值模拟

考虑水冷、空冷、摩擦热和变形热以及工作辊与轧件接触热传导等动边界条件，采用有限差分法，建立了热连轧工作辊三维瞬态温度场分析计算模型。使用该模型实现了对工作辊温度的动态分析和精确计算，预测工作辊非稳态轧制时的瞬态温度分布、稳态温度场和终轧后空冷时的温度场。     

无取向硅钢热连轧工作辊热磨辊

为了解决正常生产结构条件下,无取向硅钢热连轧工作辊磨削辊形受热辊形影响难以获得工艺制度期望的初始辊形问题,结合无取向硅钢热轧生产过程,采用二维有限差分法建立了工作辊轧制过程中的工作辊温度场计算数学模型,使用有限元软件ANSYS建立了工作辊下机后空冷和喷淋冷却混和工艺条件下温度场模型,开展了无取向硅钢热轧工作辊一个完整使用周期内的温度场和热辊形仿真研究,提出了无取向硅钢工作辊热磨辊数学模型和热磨辊工艺制度,并投入生产应用.相同生产工艺条件下,1700热连轧机无取向硅钢轧制应用热磨模型和热磨工艺制度后,产品的凸度和楔形双达标率由67.39%提高到74.57%的明显生产实绩.     

带钢平整轧制过程中板形缺陷的遗传和演变规律

应用ABAQUS有限元软件对平整轧制过程进行三维弹塑性建模及仿真研究,通过温度场模拟入口带钢的初始板形缺陷,利用刚性工作辊的辊形变化综合表达各板形控制手段对承载辊缝形状的调控功效。基于以上力学模型,针对具有初始板形缺陷的带钢,仿真研究平整轧制后带钢的板形缺陷及其与初始板形缺陷及平整工艺条件的关系,揭示带钢平整轧制过程中板形缺陷的遗传与演变的规律。仿真计算结果表明,承载辊缝形状是决定带钢板形缺陷遗传和演变的最主要因素,轧前带钢的初始板形缺陷的程度,即最大纵向延伸差的大小,对平整后带钢的板形缺陷仅有一定程度的遗传性影响。