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热连轧三维热力耦合的数值模拟研究

余伟霞  
【摘要】:当前在工业界,有限元模拟仿真技术被公认为是对材料变形过程、传热过程、产品质量和轧制力学参数等进行预测以及开发新品种的一种非常有效的分析工具,它具有成本低、开发周期短并能超前再现许多用物理模拟或实验难以进行的加工过程的特点,而且通过改变初始条件能进行大量工艺方案的筛选。 数值分析方法目前己经成为轧制理论研究中最为有效的工具,在应用三维弹塑性有限元方法模拟棒线材连轧的研究中,受计算机计算速度的影响,本论文模拟计算的研究对象为连轧过程的一个环节,通过缩短轧辊间距和调整等效换热系数,再现轧制的热变形过程。 本论文的主要工作是以大型非线性有限元软件MSC.MARC为平台,在准确建立轧件材料数据库、相关轧制工艺(孔型系统)和相关边界条件(包括摩擦、传热和接触等)的基础上,采用三维弹塑性有限元法和MARC软件的热力耦合以及先进的接触分析功能,通过对轧制过程的模拟仿真,能超前再现并预测轧制过程中轧件在各道次的三维变形情况,较准确地得到了轧件的应力场、应变场和温度场,得出了相关力学性能重要参数的动态分布,如轧制力和轧制力矩,有效地分析了轧后轧件端部的残余应力,对进一步降低轧件缺陷和提高线材产品质量具有重要的指导意义。 结合某企业的高速线材厂生产中出现的轧制载荷不均衡问题,在轧辊孔型参数一定的情况下,通过调节辊缝值,来调整轧制力的大小,以实现轧制过程中各道次载荷相对均衡的目的。并与实际结果进行了比较,验证了计算结果的正确性,为后续课题的开展奠定了基础。因此,本论文的研究工作具有一定的理论价值和实际意义。


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