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建筑模板钢热轧过程有限元分析及仿真系统开发

李凯玥  
【摘要】:建筑模板钢属于异型断面型钢的一种,由于其横截面形状比较复杂,通常应用于许多特定场合。目前,建筑模板钢在城市建筑、厂区建设、港口、电厂设施、钻井平台、桥梁和地铁等各行业得到广泛应用。由于建筑模板钢轧制是在高温高压的条件下进行,成形工艺较为复杂,生产过程中易产生多种轧制缺陷,难以对轧件成形情况进行实时观测,这就需要借助于有限元法分析软件完成热轧过程的仿真分析,以期达到优化建筑模板钢的生产工艺参数、控制最终产品成形质量的目的。本文以建筑模板钢C158为例,应用大型商用有限元分析软件ABAQUS对其热轧生产过程进行全道次数值仿真分析。以某大型钢铁集团有限公司实际生产工艺流程为基础,建立建筑模板钢轧辊、轧件几何模型,设置边界条件及相互作用关系等参数,完成包含开坯粗轧、万能精轧的全过程分析仿真。本课题分析了建筑模板钢的热轧生产工艺流程,并利用AutoCAD进行建筑模板钢二维模型图纸绘制。将二维模型导入ABAQUS建立轧辊、轧件的几何模型,通过设置材料属性、分析步、初始边界条件、载荷及网格划分等参数,进行建筑模板钢热轧过程有限元分析。通过仿真分析,得到建筑模板钢整个热轧过程中轧件温度场、应力场等的分布情况及金属流动规律。在有限元法仿真分析过程中,采用网格重构技术保障轧件信息的准确传递及轧制过程的顺利进行。本课题采用支持二次开发的ABAQUS软件平台,并嵌入网格重构与前处理和后处理脚本的Python程序构建仿真系统。通过开发自定制的建筑模板钢热轧过程图形用户界面,将轧制过程涉及的几何建模、高压水除鳞、开坯粗轧、万能精轧及轧后冷却五个模块进行集成,使得用户能够直接输入建筑模板钢热轧工艺参数完成仿真分析,实现整个轧制过程仿真模块化、参数化,操作界面简洁化。以建筑模板钢C158为例,应用ABAQUS进行热轧成形中轧件温度场、应力场及金属流动情况的分析,为轧制工艺规程优化、轧件形状控制及轧辊孔型设计等提供可靠的设计依据。本课题开发的建筑模板钢热轧过程综合仿真系统,能够实现对建筑模板钢热轧过程全道次的仿真分析。将该仿真系统应用于建筑模板钢的实际生产中,可以为现有型钢的生产工艺优化提供理论指导,并能大大缩短新型钢种的开发周期,降低成本。


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