大型H型鋼熱軋工藝過程有限元仿真系統(tǒng)開發(fā).pdf

1、H型鋼是由普通工字鋼發(fā)展而來，但與工字鋼相比，H型鋼的翼緣寬、腹板薄，因此具有截面模數(shù)大、抗彎能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于橋梁、廠房、高層建筑、港口、地鐵工程、石油化工等行業(yè)。H型鋼的軋制是在高溫高壓下進(jìn)行的非線性塑性大變形過程，軋件及軋輥的內(nèi)部信息很難獲取。目前，大多數(shù)學(xué)者利用有限元法對(duì)H型鋼的熱軋過程進(jìn)行仿真分析，但由于商業(yè)有限元軟件的通用性及型鋼熱軋工藝的復(fù)雜性，仿真前后處理操作十分繁瑣，且道次間隙網(wǎng)格重構(gòu)易出錯(cuò)。為解決上述問題，本

2、文開發(fā)了大型H型鋼熱軋工藝過程有限元仿真系統(tǒng)，該系統(tǒng)可自動(dòng)完成熱軋全過程仿真的前處理建模以及后處理結(jié)果信息提取，實(shí)現(xiàn)了軋制過程信息透明化，對(duì)熱軋工藝優(yōu)化及新鋼種開發(fā)具有重要的意義。
　　 以萊鋼大型H型鋼的典型型號(hào)為例，基于有限元軟件ABAQUS，并綜合運(yùn)用顯式和隱式兩種算法，建立大型H型鋼軋制過程的熱力耦合三維彈塑性有限元模型;為解決網(wǎng)格畸變問題，道次間隙采用基于網(wǎng)格重構(gòu)的多道次熱連軋仿真技術(shù)，模擬仿真了大型H型鋼高壓水除鱗、

3、粗軋、精軋和軋后冷卻的瞬態(tài)軋制過程及道次間隙散熱過程。
　　 基于ABAQUS二次開發(fā)技術(shù)中的自定制應(yīng)用程序，開發(fā)了大型H型鋼熱軋工藝過程有限元仿真系統(tǒng)，通過嵌入Python語言編寫的網(wǎng)格重構(gòu)算法腳本程序和Fortran語言編寫的用戶材料子程序VUMAT、摩擦子程序VFRIC、散熱子程序FILM及道次間隙子程序USDFLD，解決了熱軋過程中幾何、材料和邊界三重高度非線性問題的仿真分析。仿真系統(tǒng)添加了與熱軋過程有關(guān)的模塊和工具箱，

4、并對(duì)不相關(guān)的菜單進(jìn)行了隱藏，用戶界面簡潔明了，通過工藝規(guī)程參數(shù)的選擇或輸入，方便用戶和ABAQUS內(nèi)核進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)了大型H型鋼多道次熱連軋仿真的參數(shù)化、程序化和自動(dòng)化。
　　 仿真系統(tǒng)創(chuàng)新性地實(shí)現(xiàn)了彈性軋輥建模，分析了開坯軋制和X-H軋制過程軋件金屬流動(dòng)規(guī)律、溫度場和軋后冷卻殘余應(yīng)力，以及彈性軋輥的應(yīng)力、變形規(guī)律。通過TH5104紅外熱像儀在軋制現(xiàn)場采集軋件外表面溫度場數(shù)據(jù)，并與仿真系統(tǒng)的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了仿真系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和