H型钢热轧过程中奥氏体微观组织演变规律研究

论文摘要

H型钢是一种多用途高效经济性钢材,优良的断面性能,使H型钢具有良好的使用性能,适用于多种场合,在国民经济建设中的作用日益增强。研究表明细化H型钢内部晶粒组织,可以在不改变材质的情况下,大幅度提高H钢的力学性能。H型钢轧制工艺参数对微观组织有重要影响,优化工艺参数,可以提高H型钢产品性能,满足更高的使用要求。本课题以热轧中型H型钢为研究对象,使用Gleeble-1500型热模拟试验机对试件进行800～1300℃之间的热模拟试验,获取高温变形条件下材料的热物理属性。为计算机模拟轧制过程提供了尽可能贴近现实的材料性质。利用大型有限元软件ABAQUS平台,重构了H型钢轧制过程的三维有限元热力耦合模型,根据实际生产条件,设定初始条件和边界条件等参数,采用网格重构方法实现了多道次大变形轧制。采用有限元+BP网络对奥氏体微观组织演变进行数字化模拟,并进行了温度实验和金相观测实验验证；通过对不同的工艺参数组合进行模拟计算,得出了各个参数对奥氏体组织演变的影响规律,分析了轧制过程中奥氏体微观组织演变的影响因素。利用热力耦合大变形理论,在对热轧过程中金属的变形、温度分析的基础上,对生产工艺参数进行了优化。利用有限元分析对优化结果进行了预测,预测结果明显优于现有结果。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 H型钢的特点及发展
• 1.1.1 H型钢简介
• 1.1.2 H型钢发展历史及趋势
• 1.1.3 热轧H型钢生产流程
• 1.2 塑性加工技术的发展
• 1.3 有限元模拟技术的发展及研究现状
• 1.3.1 有限元法理论的发展
• 1.3.2 有限元分析工具的发展及对比
• 1.3.3 塑性加工过程有限元模拟的研究现状
• 1.4 课题来源及主要内容
• 1.5 课题研究的目的和意义
• 第2章 H型钢轧制过程模拟的有限元理论基础
• 2.1 弹塑性有限元基本理论
• 2.1.1 Euler虚功方程
• 2.1.2 弹塑性体的增量理论
• 2.1.3 弹塑性有限元法简介
• 2.2 金属塑性加工过程温度场的有限元理论
• 2.2.1 热传导方程
• 2.2.2 温度场的初始条件和边界条件
• 2.2.3 传热问题的泛函
• 2.3 奥氏体组织演变模型
• 2.3.1 再结晶动力学模型
• 2.3.2 再结晶模型的增量形式
• 2.4 本章小结
• 第3章 H型钢轧制过程中微观组织演变的有限元模拟
• 3.1 Q235材料热模拟实验
• 3.2 建立轧制过程有限元模型
• 3.2.1 理论模型
• 3.2.2 几何模型和初始边界条件
• 3.3 轧制过程网格重构技术
• 3.3.1 稳态单元信息提取
• 3.3.2 数据映射到新单元
• 3.4 奥氏体演化模型的实现
• 3.5 H型钢轧制过程有限元模拟及实验验证
• 3.5.1 轧制过程模拟结果及分析
• 3.5.2 温度场实验
• 3.5.3 金相组织实验验证
• 3.6 本章小结
• 第4章 奥氏体微观组织演变影响因素分析
• 4.1 粗轧阶段奥氏体微观组织影响因素分析
• 4.1.1 单道次下影响奥氏体再结晶、晶粒大小的因素
• 4.1.2 多道次下影响奥氏体组织因素
• 4.2 精轧阶段奥氏体微观组织影响因素分析
• 4.2.1 单道次下影响奥氏体再结晶、晶粒大小的因素
• 4.2.2 多道次下应变分布对奥氏体组织的影响
• 4.3 工艺参数优化方向
• 4.3.1 粗轧工艺参数优化
• 4.3.2 精轧工艺参数优化
• 4.4 本章小结
• 第5章 BP神经网络模拟的优化设计
• 5.1 BP神经网络原理
• 5.2 BP神经网络理论基础
• 5.2.1 BP网络结构
• 5.2.2 BP网络学习公式推导
• 5.3 BP神经网络的建立与训练
• 5.3.1 网络设置
• 5.3.2 BP神经网络程序
• 5.3.3 模糊优化设计在BP神经网络中的应用
• 5.4 优化后神经网络模拟结果
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 学位论文评阅及答辩情况表