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热轧中型H型钢开坯过程有限元仿真研究

Form: 论文之家作者：刘克强 Publish: 2007-7-19 Hits:-

【中文题名】

热轧中型H型钢开坯过程有限元仿真研究

【英文题名】

Finite Elements Simulation Research on Multi-Pass Cogging of Hot Rolled H-Beam with Middle-sized

【学科专业】

机械设计及理论

【论文级别】

硕士论文

【投稿时间】

2007-7-19

【中关键词】

H型钢,高温材料试验,网格重构,有限元,,

【英关键词】

H-beam,material test in high temperature,element remesh,FEM,

【分类导航】

工业技术>金属学与金属工艺>金属压力加工>轧制>轧制工艺>轧制方法

【论文摘要】

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Gleeble1500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...

【论文题纲】

摘要	11-12
ABSTRACT	12-14
第1章绪论	14-24
1.1 H 型钢的发展概况	14-16
1.1.1 H型钢简介	14
1.1.2 H型钢发展历史	14-15
1.1.3 国内外 H型钢生产情况	15-16
1.1.4 H型钢生产的发展趋势	16
1.2 H型钢的数值模拟	16-21
1.2.1 有限元方法简介	16-17
1.2.2 有限元方法的应用和发展	17
1.2.3 大型有限元分析软件简介	17-18
1.2.4 钢铁轧制有限元仿真的研究现状	18-21
1.3 课题研究的目的和意义	21-22
1.4 课题来源及主要内容	22-24
第2章 H型钢开坯轧制有限元模拟理论基础	24-36
2.1 刚塑性有限元求解理论基础	24-32
2.1.1 刚塑性材料模型	24-26
2.1.2 刚塑性有限元的基本原理	26-27
2.1.3 刚塑性有限元法的基本公式	27-30
2.1.4 刚塑性有限元计算方法	30-31
2.1.5 收敛判定	31-32
2.2 轧制过程温度场的有限元方法	32-35
2.2.1 热传导基本方程	32-33
2.2.2 初始条件和边界条件	33-34
2.2.3 传热问题的泛函	34-35
2.3 本章小结	35-36
第3章 H型钢金属材料的本构模型	36-50
3.1 H型钢金属材料实验参数确定	36-38
3.1.1 金属材料实验温度	36-37
3.1.2 金属材料实验应变率	37-38
3.2 H型钢金属材料实验试件	38-39
3.3 H型钢金属材料实验工艺	39
3.4 实验数据处理	39-48
3.4.1 真应力-应变	39-40
3.4.2 实验准确性检验	40-42
3.4.3 实验数据处理	42-48
3.5 本章小结	48-50
第4章 H型钢开坯过程有限元模拟过程	50-62
4.1 显式动力学有限元方法	50-52
4.1.1 显式时间积分	50-51
4.1.2 显式方法的条件稳定性	51-52
4.2 轧制过程有限元模型的建立	52-55
4.2.1 中型 H型钢轧制的现场条件	52-53
4.2.2 材料模型参数设定	53-54
4.2.3 初始条件和边界条件	54-55
4.2.4 设定计算工步	55
4.3 三维网格重构方法	55-60
4.3.1 提取旧单元信息	56-58
4.3.2 重映网格数据	58-60
4.4 本章小结	60-62
第5章 H型钢开坯过程有限元模拟结果	62-74
5.1 H型钢开坯过程的有限元计算结果	62-65
5.1.1 应力场计算	62-64
5.1.2 温度场计算	64-65
5.2 H型钢开坯过程的有限元分析结果	65-70
5.2.1 金属质点纵向流动特性	65-68
5.2.2 金属质点横向流动特性	68-70
5.3 H型钢开坯过程的温度测量与验证	70-71
5.4 H型钢开坯过程的轧制力验证	71
5.5 本章小结	71-74
结论	74-76
参考文献	76-80
致谢	80-82
攻读硕士学位期间发表的学术论文	82-83
学位论文评阅及答辩情况表	83

【DOI】

LunWen.ID:2.2008.15819



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