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(qiáng)重比更加合理的高效經(jīng)濟(jì)斷面型材，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。H型鋼熱軋工藝是一個(gè)高度非線(xiàn)性塑性大變形過(guò)程，同時(shí)由于熱軋現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的限制，采用普通方法無(wú)法對(duì)其軋件內(nèi)部信息進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和有限元法的發(fā)展，很多學(xué)者采用大型商業(yè)有限元軟件MARC、ANSYS和ABAQUS等對(duì)H型鋼熱軋工藝進(jìn)行了仿真分析，通過(guò)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(shè)置、關(guān)鍵字寫(xiě)入和軋件內(nèi)部信息提取等工作，操作十分繁瑣、易出錯(cuò)，同時(shí)H型鋼熱軋成形屬于非線(xiàn)性大變形過(guò)程，單純商業(yè)有限元軟件沒(méi)有很好的解決方案，需要進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)才能實(shí)現(xiàn)H型鋼軋制過(guò)程的準(zhǔn)確模擬。
　　 針對(duì)上述問(wèn)題，本文通過(guò)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(yīng)用程序方式，嵌入網(wǎng)格重構(gòu)算法和用戶(hù)子程序模型，開(kāi)發(fā)了熱軋中型H型鋼軋制工藝綜合仿真系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)

3、熱軋工藝仿真前處理建模和后處理結(jié)果提取的自動(dòng)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(kāi)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(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)Fortran語(yǔ)言編寫(xiě)材料模型VUMAT、摩擦模型VFRIC、散熱模型FILM和道次間隙模型USDFLD，實(shí)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(gè)熱軋中型H型鋼軋制工藝高度非線(xiàn)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(guò)程中微觀(guān)組織演變情況;
　　 其次通過(guò)應(yīng)用程序腳本編寫(xiě)網(wǎng)格重構(gòu)算法，并添加穩(wěn)態(tài)截面，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)了道次間隙外輪廓重畫(huà)、網(wǎng)格重構(gòu)和間隙仿真分析，繼承了前一道次溫度場(chǎng)、應(yīng)變場(chǎng)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(shí)將網(wǎng)格重構(gòu)應(yīng)用程序腳本自動(dòng)嵌入綜合仿真系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了程序化和自動(dòng)化;
　　 最后基于ABAQUS接口技術(shù)，采用自定制應(yīng)用程序

5、方式，對(duì)熱軋中型H型鋼整個(gè)軋制工藝前處理和后處理進(jìn)行了開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)了前處理自動(dòng)建模和后處理軋制信息自動(dòng)提取，通過(guò)自定制圖形用戶(hù)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(shí)現(xiàn)了熱軋工藝參數(shù)的輸入和選擇，完成了用戶(hù)與仿真系統(tǒng)內(nèi)核交互。通過(guò)TH5104紅外熱像儀現(xiàn)場(chǎng)采集H400×200軋件外表面溫度場(chǎng)，對(duì)綜合仿真系統(tǒng)進(jìn)行了驗(yàn)證，并分析了軋件內(nèi)部微觀(guān)組織演變和軋后殘余應(yīng)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