一种模拟铸坯凹坑缺陷在轧制过程中演变的有限元计算方法技术

本发明专利技术公开了一种模拟铸坯凹坑缺陷在轧制过程中演变的有限元计算方法。属于有限元分析方法领域，具体步骤：1、在有限元分析软件中，按实际尺寸绘制轧辊和铸坯3维图形；2、在铸坯上添加半径为r0凹坑缺陷；3、在r0凹坑缺陷的边缘处添加半径为r1圆角；4、设置材料属性和初始条件和边界条件；5、进行剖分；6、对轧制过程进行计算，得到轧制后的凹坑缺陷的几何形状。本发明专利技术要解决的技术问题是模拟铸坯凹坑缺陷在轧制过程中演变的有限元计算方法，用于研究凹坑缺陷在轧制过程中的演变规律，从而优化坯料修磨和轧制工艺；本发明专利技术实现了铸坯凹坑缺陷在轧制过程中演变的数值模拟，可替代大部分现场试验，提高了效率并节约了成本。提高了效率并节约了成本。提高了效率并节约了成本。

【技术实现步骤摘要】
一种模拟铸坯凹坑缺陷在轧制过程中演变的有限元计算方法


[0001]本专利技术属于有限元分析方法领域，更具体地，涉及一种模拟铸坯凹坑缺陷在轧制过程中演变的有限元计算方法。

技术介绍

[0002]现有技术中，在热轧钢板的生产中，铸坯的表面缺陷，有可能在热轧过程中被修复，也有可能遗传至钢板成品表面。对于铸坯表面的凹坑缺陷，目前多数钢厂采用的措施是对铸坯修磨一定厚度，直至凹坑完全消失。如果凹坑缺陷能够在热轧过程中“愈合”，且终产品可达到相应的质量标准，则这种以完全无表面缺陷为标准的修磨并非必要，因其会产生较大的修磨量，造成成本上升和浪费。
[0003]凹坑演变规律除了受凹坑自身尺寸影响外，还受较多其他工艺因素的影响，如轧制温度、压下量等。实际生产过程中存在这些因素排列组合的多种可能性，难以在生产现场对这些不同工艺参数的组合进行一一试验，利用数值模拟方法进行研究是一个可行方法。目前对于钢材坯料轧制加工的数值模拟已有较多研究，这些研究假定坯料表面为无缺陷的完整平面。但对于带有表面凹坑缺陷的坯料，需解决由于几何形状变化带来的模型收敛性问题，常规模型并不能直接使用。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：本专利技术的目的是提供了一种模拟铸坯凹坑缺陷在轧制过程中演变的有限元计算方法，用于研究凹坑缺陷在轧制过程中的演变规律，为优化坯料修磨和轧制工艺提供数据支撑。该方法可替代大部分现场试验，提高了效率并节约了成本。
[0005]技术方案：本专利技术所述的一种模拟铸坯凹坑缺陷在轧制过程中演变的有限元计算方法，其具体操作步骤如下：
[0006](1)、在有限元分析软件中，按实际尺寸绘制轧辊和铸坯3维图形；
[0007](2)、在铸坯上添加半径为r0凹坑缺陷；其中，r0凹坑缺陷的数值根据真实情况选取；
[0008](3)、在r0凹坑缺陷的边缘处添加半径为r1圆角；
[0009](4)、设置材料属性和初始条件和边界条件；
[0010](5)、进行剖分；
[0011](6)、对轧制过程进行计算，得到轧制后的凹坑缺陷的几何形状。
[0012]进一步的，在步骤(1)中，所述轧辊的形状为空心圆柱体，铸坯的形状为长方体。
[0013]进一步的，在步骤(3)中，所述r1的取值需满足r1<r0/5。
[0014]进一步的，在步骤(4)中，设置材料属性和初始条件和边界条件具体是指：
[0015](4.1)、设置铸坯在轧制温度下的密度、弹性模量、屈服强度、泊松比和硬化函数模型；
[0016]将初始位移、速度设置为0，或设置为上一轧制道次完成后的计算结果；
[0017](4.2)、对于轧辊，可忽视变形，将其属性设置为刚性，即忽略其变形；
[0018](4.3)、设置轧辊的位移，旋转速度和旋转方向；
[0019](4.4)、设置轧辊与铸坯的接触条件，摩擦系数。
[0020]进一步的，在步骤(5)中，所述进行剖分的步骤具体如下所述：
[0021](5.1)、对轧辊的一个底面进行四边形剖分，再沿轴线方向扫掠，完成整个轧辊六面体剖分；
[0022](5.2)、在凹坑为中心，在铸坯上划分一长方体区域，长方体各面距离凹坑的位置≥10r0；
[0023](5.3)、对在凹坑附近划分的长方体以外的坯料区域进行六面体划分；其单元体的最大尺寸设置为2cm；
[0024](5.4)、对在凹坑附近划分的长方体区域进行四面体划分，该区域内单元大小增长率不超过1.2；凹坑面和圆角面所在的单元的最大尺寸设定为r1。
[0025]有益效果：本专利技术与现有技术相比，本专利技术的特点：本专利技术要解决的技术问题是模拟铸坯凹坑缺陷在轧制过程中演变的有限元计算方法，用于研究凹坑缺陷在轧制过程中的演变规律，从而优化坯料修磨和轧制工艺；本专利技术实现了铸坯凹坑缺陷在轧制过程中演变的数值模拟，可替代大部分现场试验，提高了效率并节约了成本。
附图说明
[0026]图1是本专利技术的操作流程图；
[0027]图2是本专利技术中轧辊的剖分示意图；
[0028]图3是本专利技术中铸坯的剖分示意图；其中，(a)是1/4铸坯剖分图，(b)是凹坑缺陷附近的1/4铸坯剖分图；
[0029]图4是本专利技术中轧制前后凹坑轮廓变化对比图；其中，(a)是平行于轧向截面对比图，(b)是垂直于轧向截面对比图。
具体实施方式
[0030]下面结合具体实施方式对本专利技术作进一步描述，并非对本其保护范围的限制：
[0031]如图1所述，本专利技术所述的一种模拟铸坯凹坑缺陷在轧制过程中演变的有限元计算方法，其具体操作步骤如下：
[0032](1)、在有限元分析软件中，按实际尺寸绘制轧辊和铸坯3维图形。轧辊的形状为空心圆柱体，铸坯的形状为长方体；
[0033](2)、在铸坯上添加半径为r0凹坑缺陷，r0的数值根据真实情况选取；
[0034](3)、在凹坑边缘处添加半径为r1圆角，r1的取值需满足r1<r0/5；
[0035](4)、设置材料属性和初始条件和边界条件：
[0036](a)、设置铸坯在轧制温度下的密度，弹性模量，屈服强度，泊松比和硬化函数模型；
[0037]将初始位移、速度设置为0(对于第一道次计算)，或设置为上一轧制道次完成后的计算结果；
[0038](b)、对于轧辊，可忽视变形，将其属性设置为刚性，即忽略其变形；
[0039](c)、设置轧辊的位移(压下量)，旋转速度和旋转方向；
[0040](d)、设置轧辊与铸坯的接触条件，摩擦系数；
[0041](5)、按如下步骤进行剖分：
[0042](a)、对轧辊(空心圆柱体)的一个底面进行四边形剖分，再沿轴线方向扫掠，完成整个轧辊六面体剖分；
[0043](b)、在凹坑为中心，在铸坯上划分一长方体区域，长方体各面距离凹坑的位置不低于10r0；
[0044](c)、对在凹坑附近划分的长方体以外的坯料区域进行六面体划分。单元体的最大尺寸设置为2cm；
[0045](d)、对在凹坑附近划分的长方体区域进行四面体划分，该区域内单元大小增长率不超过1.2；
[0046]凹坑面和圆角面所在的单元的最大尺寸设定为r1；
[0047](6)、对轧制过程进行计算，得到轧制后的凹坑缺陷的几何形状。
[0048]实施例1
[0049]本实施例计算初始厚度150mm的坯料表面Φ10半球形凹坑缺陷在压下量为20mm的轧制道次中的演变；凹坑位于铸坯上表面的中心位置，考虑到对称性，仅对整个系统的1/4进行建模。
[0050]绘制外径为505mm，内径为305mm，长度为1200mm，轴线方向为y轴的空心圆柱作为轧辊，轧辊设置为刚性，在z方向位移为
‑
10mm；旋转速度为3rad/s。绘制高度(z向)为75mm，宽度为1000mm(y向)，长度为1200本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模拟铸坯凹坑缺陷在轧制过程中演变的有限元计算方法，其特征在于，其具体操作步骤如下：(1)、在有限元分析软件中，按实际尺寸绘制轧辊和铸坯3维图形；(2)、在铸坯上添加半径为r0凹坑缺陷；其中，r0凹坑缺陷的数值根据真实情况选取；(3)、在r0凹坑缺陷的边缘处添加半径为r1圆角；(4)、设置材料属性和初始条件和边界条件；(5)、进行剖分；(6)、对轧制过程进行计算，得到轧制后的凹坑缺陷的几何形状。2.根据权利要求1所述的一种模拟铸坯凹坑缺陷在轧制过程中演变的有限元计算方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述轧辊的形状为空心圆柱体，铸坯的形状为长方体。3.根据权利要求1所述的一种模拟铸坯凹坑缺陷在轧制过程中演变的有限元计算方法，其特征在于，在步骤(3)中，所述r1的取值需满足r1<r0/5。4.根据权利要求1所述的一种模拟铸坯凹坑缺陷在轧制过程中演变的有限元计算方法，其特征在于，在步骤(4)中，设置材料属性和初始条件和边界条件具体是指：(4...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭丹，蔡佳兴，范益，
申请(专利权)人：南京钢铁股份有限公司，
类型：发明
国别省市：