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《东北大学》 2009年
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中厚板轧后冷却过程有限元模型的研究与应用

黎炜  
【摘要】:控制冷却作为控制轧制控制冷却技术(TMcP)的重要组成部分,可以经济、高效地改善钢板的微观组织和提高其力学等综合性能,而钢板的温度场模型是轧后冷却过程控制系统的基础与核心,直接决定着整个冷却过程的控制精度。特别是在中厚板生产中,研究温度场模型,对提高过程控制系统控制精度,执行严格冷却工艺制度,具有着重要的实际意义。 本文以国内某中板厂轧后控制冷却系统为研究背景,利用有限元法对复杂边界问题的求解具有极大适用性和灵活性、计算精度高等特点,开发了中厚板轧后冷却过程的温度场有限元模型,并实现在线应用。研究的主要内容如下: (1)有限元法求解温度场的理论基础 基于传热学基本原理,建立了中厚板控制冷却数学模型。介绍了有限元法求解导热微分方程的理论基础,其中包括求解温度场的变分原理、Jacobi矩阵和高斯数值积分等相关理论知识,并推导了有限元法求解温度场的计算公式。 (2)温度场有限元模型的开发 按照控制冷却过程的工艺要求,研究了温度场求解过程中物性参数和边界条件的处理方法、有限单元网格划分原理和时间步长的确定方法等相关理论模型。在此基础上,利用有限元法求解温度场的数值计算方法,在VC++6.0软件环境下,开发了温度场有限元模型。 (3)温度场有限元模型的性能研究 针对实际的生产情况,分别对空冷过程和水冷过程进行有限元模型的优化。对不同的钢板厚度、单元网格划分方式、时间步长等条件下的温度场有限元模型进行训练。对上述不同条件下模型的响应时间和计算精度进行分析,确定了最优的单元网格和时间步长。 (4)有限元模型的在线应用 将本文中·开发的温度场有限元模型应用到某中板厂的轧后控制冷却控制系统中,现场应用结果表明,该温度场有限元模型具有较快的响应速度和较高的控制精度,能够满足中厚板轧后控制冷却工艺要求,具有较好的冷却效果。
【学位授予单位】:东北大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TG335.5

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【参考文献】
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