一种异型坯连铸凝固传热的有限元计算方法技术

本发明专利技术公开了一种异型坯连铸凝固传热的有限元计算方法，涉及钢连铸技术领域。该方法包括根据异型坯断面尺寸建立1/2异型坯二维几何模型；对1/2异型坯二维几何模型进行网格划分，建立1/2异型坯二维有限元模型；针对异型坯连铸凝固传热问题，建立1/2异型坯二维有限元凝固传热模型；利用1/2异型坯二维有限元凝固传热模型计算连铸过程中的温度场变化。本发明专利技术充分考虑了异型坯复杂的断面形状，采用三角形单元和一般四边形单元，可以更好地模拟实际异型坯横截面；根据冷区不同选择合适的边界条件，更准确地模拟异型坯连铸生产全流程凝固传热，描述了异型坯连铸过程的温度场变化。描述了异型坯连铸过程的温度场变化。描述了异型坯连铸过程的温度场变化。

【技术实现步骤摘要】
一种异型坯连铸凝固传热的有限元计算方法


[0001]本专利技术涉及钢连铸
，尤其涉及一种异型坯连铸凝固传热的有限元计算方法。

技术介绍

[0002]所谓异型坯是指除了方坯、板坯、圆坯、矩形坯以外具有复杂断面的连铸坯，其中应用最为广泛的就是H型钢。H型钢是一种经济断面型材，具有壁薄、翼缘内外侧平行及腿端为直角等特点，力学性能和使用性能十分优越，广泛应用于国民经济建设的各个领域之中，如桥梁、大型船舶、抗震设施建筑以及高层建筑等方面均大量采用H型钢。目前我国H型钢发展的空间很大，尤其大中规格有较大缺口，产品质量也与国外先进水平有一定的差距。异型坯质量缺陷产生原因有很多。相较于横截面相对简单的方坯、板坯等常规铸坯，横截面更为复杂的异型坯在生产过程中还会产生一些特殊质量缺陷。异型坯质量缺陷可以归纳为表面缺陷和内部缺陷两类。表面缺陷主要包括表面纵裂、角部纵裂、表面横裂、星状裂纹、表面夹渣、气孔和凹坑。内部缺陷主要包括中心裂纹、矫直裂纹、中心偏析、中心疏松和三角区裂纹。
[0003]表面纵裂表现为在铸坯长度方向上呈纵向分布的裂纹，裂纹深度小于2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种异型坯连铸凝固传热的有限元计算方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：步骤1：根据异型坯断面尺寸，利用有限元分析软件建立1/2异型坯二维几何模型；步骤2：对1/2异型坯二维几何模型进行网格划分，建立1/2异型坯二维有限元模型并保存网格信息；步骤3：针对异型坯连铸凝固传热问题，建立1/2异型坯二维有限元凝固传热模型；步骤4：利用1/2异型坯二维有限元凝固传热模型计算连铸过程中的温度场变化。2.根据权利要求1所述的异型坯连铸凝固传热的有限元计算方法，其特征在于，所述网格信息包括单元信息、节点信息、边界信息；所述单元信息包括单元编号以及单元中包含的节点；所述节点信息包括节点编号以及节点坐标；所述边界包括上边界即内弧侧，下边界即外弧侧，左边界或者右边界即侧弧侧；所述边界信息包括边界上具有的单元信息和节点信息。3.根据权利要求1所述的异型坯连铸凝固传热的有限元计算方法，其特征在于，所述步骤3包括如下步骤：步骤3.1：构建有限元传热基本方程；步骤3.2：构建瞬态传热问题的有限元计算模型；步骤3.3：构建平面三节点三角形单元，并基于该单元针对不同的传热边界条件进行传热分析；步骤3.4：构建平面四节点四边形单元，并基于该单元针对不同的传热边界条件进行传热分析。4.根据权利要求3所述的异型坯连铸凝固传热的有限元计算方法，其特征在于，所述平面平面三节点三角形单元的构建方法为：以逆时针方向将3个节点编码为i、j、m构建平面三节点三角形传热单元；所述平面四节点四边形单元的构建方法为：选择四个顶点作为插值节点，并以逆时针方向将节点编码为i，j，k和l构建典型的平面四节点四边形单元。5.根据权利要求4所述的异型坯连铸凝固传热的有限元计算方法，其特征在于，所述基于平面四节点四边形单元针对不同的传热边界条件进行传热分析的内容为：在参数空间中选择正方形作为参考正方形单元；将所述正方形向物理空间中四边形的几何映射函数写成节点形函数的组合形式其中正方形节点形函数为
利用有限元法将物理空间任意四边形单元温度刚度矩阵元素对全局坐标函数的计算方式转化为在参数空间中正方形单元对局部坐标的计算方式：物理空间中任意四边形单元热容矩阵元素也在参数空间的正方形单元中进行计算：物理空间中任意四边形单元内热源产生的节点载荷也在参数空间的正方形单元中进行计算：上式中，x，y为笛卡尔坐标系；ξ，η为参数空间的坐标系；x
i
、x
j
、x
k
、x
l
分别为节点i、j、k、l的横坐标；y
i
、y
j
、y
k
、y
l
分别为节点i、j、k、l的纵坐标；k
mn
为单元温度刚度矩阵元素...

【专利技术属性】
技术研发人员：王卫领，孟晨，朱苗勇，罗森，蔡兆镇，禚朔，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：