工字钢轧后控制冷却过程数值模拟与优化设计

摘要

为了满足具有更高性能的钢铁产品的生产需要，人们将提高钢板性能的研究开始转向控轧后再水冷的，以获得控制冷却的效果。从此轧后控制冷却技术逐渐开始得到了广泛应用。热轧型钢应用控制冷却技术可以提高钢材的综合力学性能，增强钢材的市场竞争力，是冶金行业优先发展的关键技术之一。因此研究热轧工字钢轧后控冷机理和控冷模型具有非常重要得意义。 本文应用传热学的基本原理，对热轧工字钢轧后控制冷过程的传热过程进行分析，并采用适当的假设和简化，参考国内外控冷资料，研究了冷却过程中的热边界条件，并选择更符合生产实际的初始条件和边界条件，利用ANSYS软件完成了热轧工字型钢轧后控制冷却过程的数值模拟，获得工字钢轧后控制冷却过程的瞬态温度场分布，得出工字型钢轧后控制冷却的重要参数。在此基础上，利用ANSYS的APDL参数化设计语言对热轧工字型钢轧后控制冷却过程进行了参数优化设计，并且对热轧工字型钢轧后控制冷却进行了热应力/应变分析，由热应力/应变的分析结果可以为型钢轧后控制冷却系统的设计提供参考依据。 通过采用控制冷却技术，可以提高工字型钢的综合力学性能，本课题的分析结果对于掌握工字型钢的冷却规律以及开发控制冷却新工艺具有实际指导意义，为工字型钢轧后控制冷却技术的应用提供科学依据。

目录

文摘

英文文摘

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第一章绪论

1.1课题背景

1.2国内外研究概况

1.2.1传统控制冷却技术发展与应用

1.2.2国外研究概况

1.2.3国内研究概况

1.3本课题主要研究内容

第二章控制冷却的基础理论概述

2.1组织结构对钢材性能的影响

2.2控冷原理

2.3控制冷却对组织及形态的影响

2.4控制冷却中的晶粒细化机理

2.5控制冷却的优点

2.6型材控制冷却的目的

2.7本章小结

第三章工字型钢在轧后控冷时的传热分析

3.1传热学理论

3.1.1导热

3.1.2对流换热

3.1.3热辐射：

3.2工字型钢在轧后控制冷却时的传热分析

3.2.1模式传热方式分析

3.2.2传热模型

3.3模型简化

3.4初始条件和边界条件的确定

3.4.1初始条件的确定

3.4.2边界条件的分类

3.4.3边界条件的确定

3.5本章小结

第四章工字型钢控冷过程温度场数值模拟

4.1计算温度场的目的

4.2瞬态温度场的有限元法

4.3 ANSYS热分析理论

4.4热轧工字型钢轧后冷却过程的数值模拟

4.4.1温度场有限元模型的建立

4.4.2单元类型的选择和划分网格

4.4.3网格的划分方案与评定

4.4.4加载与求解

4.4.5控制冷却的试验研究与温度场的数值模拟方案

4.5本章小结

第五章工字型钢轧后控制冷却系统的优化

5.1优化设计的基本概念和方法

5.1.1基本概念

5.1.2优化过程

5.2工字型钢控制冷却过程中优化设计的数学模型

5.2.1参数化模型的建立

5.2.2目标函数及设计变量的选择

5.2.3优化方法的选取

5.2.4优化设计过程

5.2.5优化设计温度场结果

5.2.6优化设计结果分析

5.3本章小结

第六章工字型钢轧后冷却过程的热应力分析

6.1耦合场分析理论

6.2热轧工字型钢轧后冷却的热应力分析

6.2.1热应力分析过程

6.2.2模拟计算参数

6.2.3工字型钢应力/应变场的数值模拟结果及分析

6.3实验验证

6.3.1实验方案的确定

6.3.2温度场数值模拟结果与实测结果对比分析

6.3.3控制冷却后的力学性能分析

6.4本章小节

第七章结论与展望

7.1结论

7.2展望

参考文献

致 谢