立—平可逆粗轧的三维数值模拟

论文摘要

为了提高热轧带钢粗轧机组宽度控制精度及提高成材率,改善产品的表面质量,开展了对粗轧机组金属变形规律的研究,并侧重对“狗骨”材在随后平轧过程中的变形情况进行了分析和比较,为制定合理的工艺规程提供可靠的依据。本文以梅山钢铁厂热轧机组的现场条件为背景,针对其粗轧中间坯距板边缘10mm-20mm的区域出现“黑线”的问题进行理论分析。本文运用有限元软件ANSYS10.0/LS-DYNA建立立-平轧制三维有限元模型,模拟了该粗轧机组的轧制过程,重点研究了在立-平轧制过程中不同形状的立辊对板坯横断面形状、边角部金属的流动和应力应变规律,同时研究了立-平调宽轧制中轧辊和轧件的温度场分布。着重通过运用重启动方法和显示动力学方法相结合的方式模拟了5道次可逆立-平轧制过程,模拟结果与现场实测值对比,误差均在允许范围内,说明该方法的合理性和可行性。通过数值模拟得到以下结论：1)当0<l/h<1.5时为厚件的轧制变形,由于受到外端刚性区影响,易出现双鼓形；而l/h>1.5时为薄件的轧制变形,主要受表面摩擦的影响,一般为单鼓形。孔型立辊能更有效的纠正双鼓变形,避免产生边部夹层；2)轧件的边角部金属在轧制过程中逐渐流动到轧件的上下表面；且在相同轧制工艺条件下,孔型立辊轧制的翻平量大于平立辊轧制的翻平量,且随着孔型内倒角半径的增加翻平量逐渐增大,横断面鼓形随之变小；3)轧件边角部的金属在轧制过程中一直处于低温、高应变和高应力的状态,并逐渐向板坯的宽度中心移动,原始边界和每道次生成的边界在轧件边部逐渐累积,最终有可能引起沿轧件的长度方向产生“黑线”等缺陷；4)立轧具有一定的修复微小缺陷的作用,从而改善和提高了带钢的边部质量。合理的设计立辊的形状和优化侧压制度,可以有效的提高产品的质量。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 热带粗轧调宽过程介绍
• 1.2.1 梅钢可逆粗轧机组介绍
• 1.2.2 立辊调宽轧制的变形特点
• 1.2.3 调宽过程中提高板坯成材率的方法
• 1.3 国内外研究现状及发展趋势
• 1.3.1 热带粗轧调宽过程的实验研究情况
• 1.3.2 有限元软件在立-平可逆粗轧解析中的应用进展
• 1.3.3 当前有限元数值模拟在立-平可逆粗轧中存在的问题
• 1.4 课题的研究目的和研究内容
• 1.4.1 课题的研究目的
• 1.4.2 课题的主要研究内容
• 第2章 立-平轧制过程数值模拟的基本理论
• 2.1 ANSYS10.0/LS-DYNA软件介绍
• 2.1.1 ANSYS10.0/LS-DYNA的功能特点
• 2.1.2 ANSYS10.0/LS-DYNA的计算流程
• 2.2 显示动力学基本理论
• 2.3 重启动分析
• 2.3.1 简单重启动
• 2.3.2 小型重启动
• 2.3.3 完全重启动
• 2.4 ANSYS10.0/LS-DYNA软件的单位制度
• 2.5 数值模拟过程中拟解决的关键问题
• 2.5.1 多道可逆次轧制实现方法
• 2.5.2 沙漏问题
• 2.5.3 单元负体积问题
• 2.5.4 求解时间控制
• 2.6 本章小结
• 第3章 立-平可逆调宽轧制过程三维数值模拟
• 3.1 有限元模型建立
• 3.2 数值模拟参数设置
• 3.3 数值模拟求解流程
• 3.4 本章小结
• 第4章 数值模拟结果的分析
• 4.1 平立辊可逆轧制过程的数值模拟结果分析
• 4.1.1 立轧后板坯横断面形状研究
• 4.1.2 平轧后板坯横断面形状研究
• 4.1.3 轧件边角部金属流动规律研究
• 4.1.4 各道次等效塑性应变分析
• 4.1.5 各道次等效应力分析
• 4.1.6 各道次头尾形状研究
• 4.2 孔型立辊可逆轧制过程的数值模拟结果分析
• 4.2.1 立轧后板坯横断面形状研究
• 4.2.2 平轧后板坯横断面形状研究
• 4.2.3 轧件边角部金属流动规律研究
• 4.2.4 各道次等效塑性应变分析
• 4.2.5 各道次等效应力分析
• 4.2.6 各道次头尾形状研究
• 4.3 孔型立辊内倒角半径对边角部金属流动的影响
• 4.4 模拟结果与现场数据的对比分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 立-平调宽过程热力耦合数值模拟
• 5.1 三维温度场导热偏微分方程及边界条件
• 5.2 有限元模型建立
• 5.3 结果分析
• 5.3.1 轧辊温度场变化
• 5.3.2 轧件表面金属温度场变化
• 5.3.3 轧件横断面温度场变化
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论及课题后续展望
• 6.1 结论
• 6.2 数值模拟研究展望
• 6.3 实验研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 发表文章