熱軋中型H型鋼軋制工藝綜合仿真系統(tǒng).pdf

1、H型鋼是一種翼緣寬、腹板薄、截面面積分配更加優(yōu)化、強重比更加合理的高效經(jīng)濟斷面型材，在國民經(jīng)濟建設中得到了越來越廣泛的應用。H型鋼熱軋工藝是一個高度非線性塑性大變形過程，同時由于熱軋現(xiàn)場環(huán)境的限制，采用普通方法無法對其軋件內(nèi)部信息進行實時檢測。隨著計算機技術(shù)和有限元法的發(fā)展，很多學者采用大型商業(yè)有限元軟件MARC、ANSYS和ABAQUS等對H型鋼熱軋工藝進行了仿真分析，通過仿真分析使材料內(nèi)部軋制形變信息透明化。有限元仿真分析一般包括軋

2、件和軋輥建模、材料定義、軋制裝配、網(wǎng)格劃分、邊界設置、關(guān)鍵字寫入和軋件內(nèi)部信息提取等工作，操作十分繁瑣、易出錯，同時H型鋼熱軋成形屬于非線性大變形過程，單純商業(yè)有限元軟件沒有很好的解決方案，需要進行二次開發(fā)才能實現(xiàn)H型鋼軋制過程的準確模擬。
　　 針對上述問題，本文通過熱力耦合彈塑性有限元法，基于有限元軟件ABAQUS，采用自定制應用程序方式，嵌入網(wǎng)格重構(gòu)算法和用戶子程序模型，開發(fā)了熱軋中型H型鋼軋制工藝綜合仿真系統(tǒng)，實現(xiàn)了整個

3、熱軋工藝仿真前處理建模和后處理結(jié)果提取的自動化和參數(shù)化，避免了H型鋼的黑箱軋制，從而提高了軋制工藝優(yōu)化效率，縮短了新鋼種開發(fā)周期。
　　 首先采用熱力耦合彈塑性有限元法，基于本課題組Q235B材料單向壓縮試驗數(shù)據(jù)，通過Fortran語言編寫材料模型VUMAT、摩擦模型VFRIC、散熱模型FILM和道次間隙模型USDFLD，實現(xiàn)了包括高壓水除鱗和冷卻在內(nèi)的材料、幾何和邊界等整個熱軋中型H型鋼軋制工藝高度非線性仿真分析，并在VUMA

4、T和USDFLD子程序中嵌入奧氏體晶粒演變模型，仿真分析了軋制過程中微觀組織演變情況;
　　 其次通過應用程序腳本編寫網(wǎng)格重構(gòu)算法，并添加穩(wěn)態(tài)截面，自動實現(xiàn)了道次間隙外輪廓重畫、網(wǎng)格重構(gòu)和間隙仿真分析，繼承了前一道次溫度場、應變場和奧氏體晶粒直徑等軋件內(nèi)部信息，完成了多道次熱軋H型鋼連續(xù)仿真分析，同時將網(wǎng)格重構(gòu)應用程序腳本自動嵌入綜合仿真系統(tǒng)，實現(xiàn)了程序化和自動化;
　　 最后基于ABAQUS接口技術(shù)，采用自定制應用程序

5、方式，對熱軋中型H型鋼整個軋制工藝前處理和后處理進行了開發(fā)，實現(xiàn)了前處理自動建模和后處理軋制信息自動提取，通過自定制圖形用戶界面，構(gòu)建了熱軋中型H型鋼軋制工藝綜合仿真系統(tǒng)，實現(xiàn)了熱軋工藝參數(shù)的輸入和選擇，完成了用戶與仿真系統(tǒng)內(nèi)核交互。通過TH5104紅外熱像儀現(xiàn)場采集H400×200軋件外表面溫度場，對綜合仿真系統(tǒng)進行了驗證，并分析了軋件內(nèi)部微觀組織演變和軋后殘余應力情況。
　　 本文熱軋中型H型鋼軋制工藝綜合仿真系統(tǒng)為熱軋H型