多型号H型钢轧制工艺过程集成仿真系统开发

摘要

H型钢，具有截面模数大、抗弯能力强等优点，在高层建筑、工业厂房、机械制造、石油化工及海洋工程等领域得到了广泛的应用。H型钢的轧制生产是在高温高压进行的，是一个高度复杂的非线性大变形过程。由于其复杂性以及高温环境等客观条件，生产过程中轧件与轧辊的内部信息难以实时获取，这给轧制工艺优化和轧件质量控制带来了难题。为了解决以上问题，本文构建了针对H型钢热轧工艺的多型号H型钢综合仿真系统，实现了大、中、小等多型号H型钢的轧制工艺的通用化仿真，对于多型号H型钢热轧生产工艺的改进以及新钢种产品的开发具有重要的指导意义。课题主要工作如下:
　　全面论述了H型钢热轧仿真技术的研究和发展现状，对国内外H型钢热轧仿真技术的发展进行了分析，并针对本课题提出了研究方案。
　　采用有限元法对H型钢的热轧生产过程进行模拟仿真，基于Abaqus有限元仿真软件，建立热力耦合的弹塑性有限元仿真模型，涵盖了高压水除鳞、开坯、万能轧制和轧后冷却的生产全过程，并对H型钢热轧仿真的理论与技术进行了详细的论述。
　　详细地介绍了热轧H型钢有限元仿真的具体方法和步骤，以及仿真中面临的主要问题:在轧制工艺的有限元仿真过程中，由于模型变形较大导致网格畸变恶化，影响后续仿真。对此，本文运用了网格重构技术，重新划分高质量的网格，并将旧网格中的信息映射到新网格中。
　　基于Abaqus二次开发技术中的自定制应用程序，开发了“多型号H型钢轧制工艺过程集成仿真系统”，并嵌入Python语言编写的网格重构与映射脚本、前处理脚本和后处理脚本;开发了定制化的人机用户界面，使仿真系统的操作变得更加简洁易用。
　　将本仿真系统应用于实际生产，特别是早期工艺制订和设计阶段，可以显著提高生产效率和经济效益。使用本仿真系统，可以有效地对现有或新的生产工艺规程进行评估和预测，直接减少了试轧及试生产的成本和消耗，缩短新产品开发周期及投入市场的时间，对提高企业产品竞争力具有重要意义。