刚塑性有限元解题法的改进及在轧制中的应用

本文对刚塑性有限元的初速度场及收敛性进行了专门的研究和改进。用于解决轧制工程问题,计算精度较高、CPU时间较少,它是一种可靠的理论分析方法。     

1.5维刚塑性有限元快速求解板带轧制过程

为提高有限元计算效率,实现其在线应用,从减少未知数和自由度个数出发,推导了1.5维有限元的形函数、B矩阵和Hessian矩阵,建立了板带轧制过程1.5维刚塑性有限元快速求解模型,并利用FORTRAN语言开发求解程序RF-1.5D.针对某钢厂典型精轧过程,对轧制力、计算迭代次数和计算时间进行了求解分析.结果显示:轧制力计算值与实测值吻合良好,计算误差小于10%,计算精度令人满意;1.5维有限元求解单道次轧制过程迭代步数少于35次,计算时间少于100 ms,相比2维单元,每迭代步耗费的计算时间明显减少,提高了计算效率.可见,1.5维有限元的计算精度和计算时间满足在线应用的初步要求.     

平辊薄件轧制的刚塑性有限元计算

本文用钢塑性有限元方法,对平辊同步和异步薄件轧制进行了计算,求出力能参数、速度场和应力应变场,并对二者加以比较。之后,又对异步轧制的特征进行了分析。     

刚塑性有限元法对双金属轧制结合面的模拟研究

提出了在刚塑性有限元法模拟双层金属轧制过程中。处理金属结合面时。附加一层假想的界面单元。并且对这种单元模型进行区别于普通单元的处理。采用这种方法在计算实例上得到了理想的结果。     

金属塑性成形的三维刚塑性有限元模拟技术研究

本文对三维刚塑性有限元模拟理论及有关技术问题进行了系统的研究,针对模拟过程中的模具型腔曲面几何描述,动态接触边界处理等关键技术提出了有效的算法,开发了相应的三维模拟软件。并以球冲头压缩方坯和曲轴成形为例进行了模拟,计算结果表明所提出的算法和软件系统是可行的。     

刚塑性有限元求解板带轧制过程的初速度场

用可压缩刚塑性有限元法,通过自行开发的计算程序对板带轧制过程进行了二维非线性求解.在保证计算精度的情况下,以缩短计算时间为目标,研究了初等方法、G函数法和改进细化网格法设定初速度场对计算时间和计算结果的影响.结果表明:轧制力计算结果和实测值吻合良好,满足精度要求;初等方法、G函数法和改进细化网格法的计算结果相对误差不超过3%,初速度场设定对轧制力求解影响较小;G函数法和改进细化网格法相对初等方法迭代步数较少,由于需要求解方程组,G函数法设定初速度场计算时间最长;改进细化网格法在保证计算精度情况下,减少了迭代步数,缩短了计算时间,提高了计算效率和求解稳定性.     

异型扁坯轧制过程的刚塑性有限元分析

利用刚塑性有限元方法分析异型扁坯的轧制成型过程,首次阐明了横向倾斜接触表面上节点速度分量之间的约束关系,得出异型扁坯宽展、筋高充满度的变化规律,其结果与实测值相吻合,并求得变形区内部的变形场     

万能孔型中带张力轧制H型钢的研究

本文对万能孔型中带张力轧制H型钢进行了理论分析和实验研究,理论分析采用刚塑性有限元中的可压缩法;总泛函中考虑了张力功率和速度不连续面上的剪切功率;迭代求解时采用黄金分割法沿牛顿方向上进行一维搜索,加快了计算的收敛速度,理论计算得到的宽展,前滑、平均单位压力、轧制力矩等参数均与实验结果符合较好。     

用显式动力学有限元法分析板带轧制压力分布

介绍了显式动力学有限元法的特点，阐述了其基本原理。采用商用显式动力学有限元软件Ansys/LS—DYNA模拟了三维弹塑性板带轧制过程，所计算的变形区轧制压力分布较好地符合了相关实验结果。     

基于相对密度的大棒材轧制对孔隙性缺陷压合影响研究

针对大棒材轧制生产过程中产品芯部孔洞及裂纹等孔隙性缺陷影响产品质量问题. 通过引入相对密度来间接表征轧件内部呈弥散分布的孔隙性缺陷,利用体积可压缩刚塑性有限元法模拟轧制过程中棒材芯部相对密度变化情况,根据模拟结果分析轧制工艺对轧件芯部孔隙性缺陷压合的影响情况,得到相应的变化规律. 将该研究结果应用于某钢厂棒材轧制工艺参数制定,产品质量明显提高,验证了所用方法的实用性和可靠性.     

奇异点弧线处理方法及其应用

在入口端剪切面附近采用弧线圆滑过渡来处理刚塑性有限元求解板材轧制过程的第一类奇异点,开发了二维刚塑性有限元求解程序.依据实际轧制数据对速度场、轧制力、迭代步数及收敛性能进行了求解分析.结果表明：传统方法和弧线法计算的轧制力和实测值吻合良好,计算误差小于10%;弧线法能够反映奇异点附近的速度变化,较好抑制了奇异性产生;相比传统方法,弧线法平均迭代步数减少约26%,稳定性提高约55%,有利于在线快速稳定求解.     

板材轧制问题的快速有限元方法研究

在用刚塑性有限元法对轧制力进行计算的过程中,联合使用了基于下降思想寻求牛顿方向上阻尼因子的阻尼牛顿(DN)法和基于抛物线插值思想的一维布伦特(Brent)法,即阻尼牛顿和布伦特法(DN-Brent法).将DN-Brent法同传统牛顿(N-R)法进行对比分析,结果表明,两种算法得到的轧制力计算值都与实测值吻合较好,但DN-Brent法所需的迭代次数和CPU计算时间小于N-R法.验证了DN-Brent法在应用刚塑性有限元方法计算轧制力时的准确性和高效性.     

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。