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连铸坯温度场模拟系统的开发

刘玉  
【摘要】: 本研究以VC++为主要工具,MS Access、MATLAB和OpenGL为辅助工具开发了用于连铸坯温度场模拟的软件CONCASTING并对模拟结果进行了检验。该软件能进行温度场的离线和实时模拟,可用于连铸工艺路线的制定、优化连铸工艺参数和冷却制度,帮助实现连铸机的自主开发。 系统采用流行的面向对象可视化开发工具Visual C++6.0来搭建系统主体框架,利用简单实用的数据库管理工具MS Access构建后台支持数据库,以这种方式实现系统的历史资料查询和前处理中各种工艺参数和结构参数的选择以及资料维护,方便数据共享和传递。且Visual C++6.0支持多线程编程,这都大大提高了模拟效率和操作精度,方便用户进行结果分析,也更易于编程实现和对数据库进行维护和管理。 基于连铸坯传热的实际情况,软件的数值模拟部分采用了三维不稳定凝固传热数学模型,并采用全隐式有限差分法计算。在对温度场计算的数据前处理中,采用热焓法处理潜热,导热系数加倍法处理液固相线导热系数。为求解庞大的方程组,借助了MATLAB软件包强大的计算功能进行温度场的计算。 系统在模拟过程中充分利用了VC++的多线程特性,采用了并行计算的方法,即前台的拉坯模拟与后台进行的温度场计算并行不悖。在对铸坯的三维不稳定温度场进行计算时,利用了计算功能强大的实用工具MATLAB,通过接口程序实现混合编程,集之二者优势一起提高了系统的计算速度和精度,使实时模拟成为可能。 采用OpenGL在系统主界面中对拉坯的过程进行了动态模拟,可达到与实际生产同步,可以实现真正意义上的“预拉坯”,方便掌握拉坯进程。 系统的整个前处理模块中,采用带下拉表框控件的对话框作为人机交互界面,使操作简单容易且减少出错几率。 为检验软件的可实用性和数值模拟模型的合理性,以宝钢提供的一组工艺参数作标准输入,并以其160×160小方坯连铸机为目标机型进行了模拟计算。为检验数值模拟结果的精度,以该连铸机的动态控制系统在同等工艺条件下算出的结果为目标温度,将计算温度与目标温度进行了比较,平均误差在5%以内。该软件可以用来指导连铸工艺研究,并为实际生产提供了参考。


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