H型钢控制冷却过程应力应变场与组织场的研究

摘要

H型钢强度高、结构自重轻和设计灵活，得到广泛的应用，带动了数以百计的新兴产业的发展。H型钢控制冷却技术的发展提高了其强度，节省了资源，节约了生产成本，提高了综合性能，因此H型钢控制冷却技术具有研究的重要意义。 本课题以型号为H200X100、材料为Q235的热轧H型钢为研究对象，选择合理的的边界条件，建立了二维三维H型钢有限元模型，利用ANSYS软件对二维模型的三种方案和结果进行分析，同时用有限元分析软件对三维模型的温度场和应力应变场进行了分析，通过大量的分析在不同的部分使用不同的水流密度，找到具有较好控冷效果的工艺流程。通过试验对比研究最大的应力误差为5.9％，最大应变的误差为7.5％，证明了理论分析与实验结果基本相符。通过分析和试验的验证得出随着水流密度的增大，温度逐渐降低，应力逐渐增大，应变逐渐减小的趋势。 通过试验对H型钢控制冷却过程中的组织场和力学性能进行了分析，发现调整好Q235H型钢材料的化学成份(C、Si、Mn)的百分含量及控冷工艺参数(开冷温度、冷却时间、水流密度、辊道速度、终冷温度)可以明显地改善H型钢的组织场以及力学性能(屈服强度σ<,s>、抗拉强度σ<,b>，延伸率δ<,s>)。σ<,s>和σ<,b>得到明显提高。 本课题的研究可为H型钢轧后控制冷却装置的设计提供重要的参数，为H型钢轧后控制冷却技术的应用提供科学方的法和理论的参考。

目录

文摘

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第一章课题综述

1.1 H型钢及控冷技术冷简介

1.2 H型钢国内外发展概况

1.2.1国内发展概况

1.2.2国外发展概况

1.3 H型钢的制造方法简介

1.3.1焊接H型钢

1.3.2热轧H型钢

1.4 H型钢控制冷却的国内外发展现状

1.4.1我国发展现状

1.4.2国外发展现状

1.5控冷形式的选择

1.6课题研究的内容

1.7课题研究的现实意义

1.8本章小结

第二章 H型钢控制冷却过程理论分析

2.1有限元软件ANSYS简介

2.2通过应力应变场进行有限元分析的目的

2.3温度场有限元计算原理简介

2.3.1三种基本热传递方式

2.3.2导热微分方程的建立

2.3.3初始条件和边界条件

2.3.4有限元法的基本公式

2.3.5 ANSYS的热分析单元

2.3.6 H型钢温度场热物性参数的确定

2.3.7 H型钢控制冷却过程换热系数的确定

2.3.8 H型钢温度场有限元求解

2.4应力应变场的有限元计算原理简介

2.4.1热弹性有限元基本原理

2.4.2单元的应变矩阵和应力矩阵

2.4.3单元的刚度矩阵

2.4.4热弹塑性问题简介

2.4.5热弹塑性应力应变关系

2.4.6 H型钢热物性参数选择

2.4.7 H型钢应力应变场的数值模拟

2.5本章小结

第三章热轧H型钢应力应变场的研究

3.1二维H型钢有限元模型建立

3.1.1二维H型钢几何模型的建立

3.1.2二维H型钢有限元模型的建立

3.2 H型钢ANSYS分析过程约束加载探讨

3.3二维H型钢温度场分析及结果

3.3.1载荷的加载

3.3.2二维H型钢温度场模拟方案

3.3.3自然冷却温度场的分布及分析

3.3.4控冷三种方案的温度场分布及分析

3.4二维H型钢应力场分析及结果

3.5二维H型钢应变场分析及结果

3.6三维H型钢有限元模型建立

3.6.1三维H型钢实体模型的建立

3.6.2三维H型钢有限元模型网格的划分

3.6.3三维H型钢有限元模型约束的添加及载荷添加条件的简化

3.6.4三维H型钢模拟方案

3.6.5三维H型钢温度场、应力应变场结果分析

3.6.6三维H型钢三种方案比较分析

3.7影响温度场、应力应变场变化的原因分析

3.8本章小结

第四章热轧H型钢组织场的研究

4.1 H型钢组织场研究的机理

4.1.1控制冷却过程中的相变

4.1.2控制冷却的强韧化机制

4.1.3控制冷却后H型钢的强化机理

4.1.4控制冷却后H型钢的韧性

4.2 H型钢控制冷却后组织场的分析

4.3 H型钢控制冷却后的力学性能分析

4.4本章小结

第五章实验研究

5.1主要试验设备简介

5.2 H型钢应力应变场试验结果分析

5.3本章小结

结论

参考文献

致谢