热轧中型H型钢开坯过程有限元仿真研究

摘要

近年来，H型钢由于其优良的力学特性受到了越来越广泛的应用，因此对其轧制过程的分析与改进成为了科学研究的热点。本课题以热轧中型H型钢的开坯过程作为研究对象，通过建立热力耦合的三维有限元模型对其轧制过程进行数值计算，使用网格重构技术保证多道次计算精度，把有限元计算的结果与实际数据进行对比和分析，最终验证了有限元模型的准确性。 为了获取H型钢材料Q235B的高温力学性能，使用Gleeblel500热模拟试验机对轧件材料进行高温压缩热力学试验。根据轧制过程中轧件的温度，设定试验的温度范围是800℃-1200℃。通过试验结果描绘出在不同应变速率条件下的应力应变关系曲线，并通过数学公式拟合得到试验材料的本构模型。 建立热轧中型H型钢开坯过程的三维有限元热力耦合模型，根据生产现场条件，设定环境参数、初始条件和边界条件等。为了避免网格变形过大而影响计算精度，在数值计算过程中使用网格重构的方法。这种方法从旧网格中重映等效塑性应变和节点温度两个物理量，遵循重映物理量守恒原则，保证了数值模拟开坯轧制过程的完整性和准确性。 使用有限元方法得到各个道次轧件的应力场和温度场分布情况。把数值计算得到的轧件温度和轧制过程中轧机的轧制力与生产现场数据进行对比，验证了有限元模型的准确性。通过有限元仿真结果，对轧件内部金属质点的纵向流动进行研究，形象地观察轧件在轧制过程中的前滑和后滑现象，计算轧件在轧制过程中的前滑值，并对轧件进行宽展分析。 通过使用有限元方法可以得到轧制过程的热力学数据和轧件变形情况，这些为H型钢开坯工艺的改进和预测产品的外形和质量提供参考，具有重大的实际意义。

目录

文摘

英文文摘

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第1章绪论

1.1 H型钢的发展概况

1.1.1 H型钢简介

1.1.2 H型钢发展历史

1.1.3国内外H型钢生产情况

1.1.4 H型钢生产的发展趋势

1.2 H型钢的数值模拟

1.2.1有限元方法简介

1.2.2有限元方法的应用和发展

1.2.3大型有限元分析软件简介

1.2.4钢铁轧制有限元仿真的研究现状

1.3课题研究的目的和意义

1.4课题来源及主要内容

第2章H型钢开坯轧制有限元模拟理论基础

2.1刚塑性有限元求解理论基础

2.1.1刚塑性材料模型

2.1.2刚塑性有限元的基本原理

2.1.3刚塑性有限元法的基本公式

2.1.4刚塑性有限元计算方法

2.1.5收敛判定

2.2轧制过程温度场的有限元方法

2.2.1热传导基本方程

2.2.2初始条件和边界条件

2.2.3传热问题的泛函

2.3本章小结

第3章H型钢金属材料的本构模型

3.1 H型钢金属材料实验参数确定

3.1.1金属材料实验温度

3.1.2金属材料实验应变率

3.2 H型钢金属材料实验试件

3.3 H型钢金属材料实验工艺

3.4实验数据处理

3.4.1真应力-应变

3.4.2实验数据处理

3.5本章小结

第4章H型钢开坯过程有限元模拟过程

4.1显式动力学有限元方法

4.1.1显式时间积分

4.1.2显式方法的条件稳定性

4.2轧制过程有限元模型的建立

4.2.1中型H型钢轧制的现场条件

4.2.2材料模型参数设定

4.2.3初始条件和边界条件

4.2.4设定计算工步

4.3三维网格重构方法

4.3.1提取旧单元信息

4.3.2重映网格数据

4.4本章小结

第5章H型钢开坯过程有限元模拟结果

5.1 H型钢开坯过程的有限元计算结果

5.1.1应力场计算

5.1.2温度场计算

5.2 H型钢开坯过程的有限元分析结果

5.2.1金属质点纵向流动特性

5.2.2金属质点横向流动特性

5.3 H型钢开坯过程的温度测量与验证

5.4 H型钢开坯过程的轧制力验证

5.5本章小结

结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文