棒材热轧过程的数值模拟及缺陷预测

论文摘要

轧制是钢铁生产中主要的成形方式之一,其生产是一个复杂的金属塑性大变形成形过程。通过传统分析手段对热轧过程分析,具有一定的难度且耗费大量的时间和财力。随着计算机数值模拟技术的发展,运用有限元手段对钢材轧制过程及成形缺陷进行数值模拟,大大提高了效率,节省了成本。这一方法在实际生产中得到日益广泛的应用。针对相关厂家在钢材轧制过程中出现的难以消除的表面折皱现象,采用有限元分析手段进行数值模拟,寻找解决这一具体问题的有效方案。研究主要思路是:以一道次粗轧过程作为研究对象,借助专用有限元软件DEFORM3D,采用刚塑性有限元方法建立模型。模型采用厂家实际生产线的工艺参数,通过数值运算得到坯料在轧制过程中的速度场、应力场以及应变场等参数。将轧件轧后尺寸、出口速度以及轧制力等参数与厂家提供的实际数据进行比较,达到吻合从而保证模型模拟结果的准确性。依据塑性成形过程中缺陷的识别准则,结合数值模拟各场量数据,实现对坯料轧后表面缺陷的预测。后处理数据表明,在轧件刚刚接触轧辊时,沿轧件侧表面金属流动速度波动幅度较大且应变率梯度较大,而这些也正是产生表面缺陷的真正原因。为了改善轧件表面缺陷,提出增大轧辊过渡圆角、减小轧辊转速、减小轧辊与轧件之间的摩擦系数以及增大轧辊槽底尺寸四种优化方案,并分别对这四种优化方案进行数值模拟,通过分析后选择采取增大轧辊槽底尺寸作为最佳方案,为实际生产提供了理论参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 课题来源、背景及其意义
• 1.2 国内外相关领域的研究
• 2 轧制基本理论及数学模型
• 2.1 实现轧制过程的条件
• 2.1.1 实现轧制过程咬入条件
• 2.1.2 稳定轧制条件
• 2.2 轧制过程的数学模型
• 2.2.1 宽展模型的建立
• 2.2.2 力能参数模型的建立
• 2.2.3 轧制温度模型
• 2.2.4 能耗模型
• 2.3 本章小结
• 3 有限元模型及表面缺陷预测
• 3.1 有限元基本理论
• 3.1.1 有限元理论简介
• 3.1.2 刚塑性有限元法
• 3.2 有限元软件简介
• 3.3 轧制过程的有限元模型
• 3.2.1 几何参数
• 3.2.2 单元网格的划分
• 3.2.3 材料的参数
• 3.2.4 迭代准则及边界条件
• 3.2.5 摩擦力计算模型
• 3.4 表面折皱的形成及缺陷预测
• 3.4.1 折皱的形成
• 3.4.2 缺陷预测
• 3.5 本章小结
• 4 模拟仿真过程及优化方案
• 4.1 现场数据与模拟数据对比
• 4.2 后处理模拟结果
• 4.2.1 等效应力
• 4.2.2 等效应变
• 4.2.3 轧制速度
• 4.2.4 Y 方向应力
• 4.2.5 Y 方向应变
• 4.2.6 Y 方向位移
• 4.2.7 追踪节点的等效应变率及Y 方向应变率
• 4.2.8 追踪节点Y 方向的速度
• 4.2.9 现场缺陷位置与数值模拟
• 4.3 优化处理
• 4.3.1 增大轧辊侧壁过渡圆角
• 4.3.2 减小轧辊转速
• 4.3.3 减小轧辊与轧件之间的摩擦系数
• 4.3.4 增大轧辊孔型槽底宽度
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 导师简介
• 作者简介
• 学位论文数据集