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H型钢开坯热轧过程的数值模拟与分析

作　者: 张黎明
导　师: 李革
学　校: 内蒙古科技大学
专　业: 工程力学
关键词: H型钢弹粘塑性热轧模拟 LS-DYNA
分类号: TG335.11
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 147次
引　用: 1次
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内容摘要

H型钢具有一种合理的经济断面,与普通的工字钢相比,使用更加方便,而且有很好的经济效益,已广泛应用于钢结构建筑工程和公用基础设施等方面。在H型钢的轧制过程中,由于腹板和翼缘相互影响使金属的流动极为复杂,工艺难度很大,生产中易出现多种问题。H型钢轧制的数值模拟是一个典型的几何、物理和边界条件三重非线性动力学问题,本论文依据大变形弹粘塑性动力学有限元理论,利用非线形动力学有限元软件LS-DYNA对H型钢开坯轧制过程进行了数值模拟计算。论文详细介绍了大变形动力学数值计算方法、弹粘塑性本构关系和LS-DYNA在求解计算中一些关键技术问题的处理方法;通过Gleeble-1500热模拟机测得了H型钢材料的高温应力-应变曲线,并获得了相应的力学参数;利用正交实验设计了F孔孔型及其压下规程,并分析了各个方案下的模拟结果,提出了优化后的孔型设计方案,通过该方案模拟计算了H型钢的整个开坯轧制过程,分析了各个道次的轧制结果。论文通过计算得到以下结论:在G孔轧制中,轧件较高,变形不易渗透,腹板中部变形较小,腹板几乎没有明显宽展,变形主要集中在轧制方向;在F孔的四道次轧制中,前两个道次由于H形断面形状还未成形,特别是翼缘还没有与上下轧辊形成的孔型完全接触,因此造成前两道充满度不是很好,随着轧制过程的继续,轧件的充满度趋于正常;对于F孔第四道次,不能为了追求快速轧制而使该道次压下量设计过大,可以在条件允许的情况下,适当增加轧制道次数; H型钢D孔轧制中存在着金属的双向交换,导致应变在横截面内分布很不均匀,如果在实际生产中没有引起足够的重视,就容易导致轧件截面发生屈曲甚至产生波浪缺陷,这在制定轧制工艺时应予以注意。论文的研究结果可为H型钢轧制工艺的改进提供参考,论文的计算方法也为H型钢轧制过程的全程数值模拟奠定了基础。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
1 绪论  11-17
  1.1 文献综述  11-15
    1.1.1 H 型钢的发展状况及应用的现状和前景  11-13
    1.1.2 热轧H 型钢生产技术状况  13
    1.1.3 H 型钢热轧过程模拟的研究现状及其存在的问题  13-15
  1.2 课题的提出  15
  1.3 课题的主要内容  15-17
2 弹粘塑性动力学有限元法.  17-27
  2.1 有限单元法简介  17
  2.2 有限元软件LS－DYNA 简介  17-18
  2.3 LS－DYNA 在大变形动力学中的算法  18-24
    2.3.1 大变形理论中的物质描述  18-19
    2.3.2 大变形动力学数值计算方法  19-21
    2.3.3 大变形动力学有限元求解中的关键技术  21-24
  2.4 弹粘塑性本构理论  24-27
    2.4.1 概述  24-25
    2.4.2 Cowper-Symonds 弹粘塑性本构关系  25-27
3 实验方案及力学性能参数测试  27-32
  3.1 实验材料及主要测试数据  27
  3.2 实验原理和实验方案  27-32
    3.2.1 实验原理  27-29
    3.2.2 实验方案  29-30
    3.2.3 实验结果及数据处理  30-32
4 数值模拟计算  32-57
  4.1 孔型优化设计  32-43
    4.1.1 模拟方案制定依据和原方案设计标准  32-33
    4.1.2 正交方案设计  33-36
    4.1.3 模型的建立与网格划分  36-37
    4.1.4 弹粘塑性材料参数的选择  37-38
    4.1.5 初始条件与边界条件的确定  38-39
    4.1.6 计算时间步长与沙漏模态的控制  39-40
    4.1.7 计算结果及分析  40-43
  4.2 H 型钢开坯四孔的轧制模拟  43-57
    4.2.1 各道次轧制相关参数  43
    4.2.2 各个孔型、轧件模型及其网格划分  43-44
    4.2.3 弹粘塑性材料参数的选择  44
    4.2.4 初始条件与边界条件的确定  44-45
    4.2.5 计算时间步长与沙漏模态的控制  45
    4.2.6 各个孔型轧制后轧件的变形结果及其Von Mises 等效应力云图  45-50
    4.2.7 典型道次轧制结果分析  50-57
结论  57-59
  1 论文主要研究结果  57-58
  2 今后工作展望  58-59
参考文献  59-62
在学研究成果  62-63
致谢  63

H型钢开坯热轧过程的数值模拟与分析

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