板材热轧过程速度场与温度场的耦合数值模拟

论文摘要

板材作为一种工业原材料在国民经济各部门都有着广泛的用途。因而,轧制技术在工业生产中显得极为重要。板材轧制作为轧制技术的核心部分是一个非常复杂的金属变形过程,主要体现在轧件变形区域的速度场与温度场之间的相互作用。为达到模拟轧制变形区真实速度场与温度场的目的,本文探讨了板材轧制过程速度场与温度场的二维和三维的耦合模拟,并对二者进行比较分析。主要内容如下：1)建立轧制过程计算模型,并编程计算。在轧件速度场与温度场有限元计算基础上,利用分列咬入单元的方法实现了速度场与温度场的耦合,并运用Fortran语言编制相应的程序,利用某钢厂现场数据,验证了模型的有效性。2)分析轧制变形区域的速度场。分别从轧制方向、宽度方向、厚度方向分析了速度场的整体变化趋势,利用相关数据绘出轧制方向、宽度方向、厚度方向的速度场变化曲面,并说明与之相对应的前滑、宽展、压下量的变化情况。3)分析轧制变形区域的温度场。对二维与三维耦合计算得出的温度场作比较分析,发现二者整体变化趋势相同,并从轧制方向划分为三个区域,分别为温度升高区、温度继续升高区、温度回落区。4)分析轧制力的计算精度。三维耦合计算精度高于二维耦合,二维耦合计算精度高于单纯速度场的计算精度。增加列单元的划分能够提高计算精度。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 现代轧制理论的发展背景
• 1.1.1 现代轧制技术的发展
• 1.1.2 计算机软件模拟轧制过程
• 1.1.3 刚塑性有限元在轧制中的应用
• 1.2 热轧的优点
• 1.3 本文的主要工作
• 第2章 准备知识
• 2.1 二维单元有限元基本公式
• 2.2 三维单元有限元基本公式
• 2.2.1 速度场
• 2.2.2 温度场
• 2.3 变形抗力模型
• 第3章 板材轧制过程中的二维准耦合计算
• 3.1 求解速度场的初始条件和边界条件
• 3.2 求解温度场的初始条件和边界条件
• 3.3 速度场与温度场的耦合计算
• 3.3.1 耦合思想——分列咬入单元
• 3.3.2 实现分列咬入的两种方法
• 3.3.3 轧制力的计算值与实测值的比较
• 3.3.4 增多列单元的划分对精度的影响及分析
• 3.3.5 速度场与温度场的耦合求解与单纯速度场求解的比较
• 3.4 时间步长的选择对温度场的影响及分析
• 第4章 板材轧制过程中的三维准耦合计算
• 4.1 求解速度场的初始条件和边界条件
• 4.2 热轧问题温度场的三种界面
• 4.3 相关矩阵的优化
• 4.4 速度场与温度场的耦合计算
• 4.4.1 轧制力计算值与实测值的比较分析
• 4.4.2 轧制方向速度的分析
• 4.4.3 宽展方向速度的分析
• 4.4.4 厚度方向速度的分析
• 4.4.5 影响宽展因素及宽展分析
• 4.4.6 二维温度场与三维温度场的比较分析
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢