H型钢开坯热轧过程的数值模拟与分析

摘要

H型钢具有一种合理的经济断面，与普通的工字钢相比，使用更加方便，而且有很好的经济效益，已广泛应用于钢结构建筑工程和公用基础设施等方面。在H型钢的轧制过程中，由于腹板和翼缘相互影响使金属的流动极为复杂，工艺难度很大，生产中易出现多种问题。 H型钢轧制的数值模拟是一个典型的几何、物理和边界条件三重非线性动力学问题，本论文依据大变形弹粘塑性动力学有限元理论，利用非线形动力学有限元软件LS-DYNA对H型钢开坯轧制过程进行了数值模拟计算。 论文详细介绍了大变形动力学数值计算方法、弹粘塑性本构关系和LS－DYNA在求解计算中一些关键技术问题的处理方法；通过Gleeble-1500热模拟机测得了H型钢材料的高温应力-应变曲线，并获得了相应的力学参数；利用正交实验设计了F孔孔型及其压下规程，并分析了各个方案下的模拟结果，提出了优化后的孔型设计方案，通过该方案模拟计算了H型钢的整个开坯轧制过程，分析了各个道次的轧制结果。 论文通过计算得到以下结论：在G孔轧制中，轧件较高，变形不易渗透，腹板中部变形较小，腹板几乎没有明显宽展，变形主要集中在轧制方向；在F孔的四道次轧制中，前两个道次由于H形断面形状还未成形，特别是翼缘还没有与上下轧辊形成的孔型完全接触，因此造成前两道充满度不是很好，随着轧制过程的继续，轧件的充满度趋于正常；对于F孔第四道次，不能为了追求快速轧制而使该道次压下量设计过大，可以在条件允许的情况下，适当增加轧制道次数； H型钢D孔轧制中存在着金属的双向交换，导致应变在横截面内分布很不均匀，如果在实际生产中没有引起足够的重视,就容易导致轧件截面发生屈曲甚至产生波浪缺陷，这在制定轧制工艺时应予以注意。 论文的研究结果可为H型钢轧制工艺的改进提供参考，论文的计算方法也为H型钢轧制过程的全程数值模拟奠定了基础。