基于ANSYS-APDL语言考虑折皱因子的方坯角部缺陷预测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于ANSYS

【技术实现步骤摘要】
基于ANSYS
‑
APDL语言考虑折皱因子的方坯角部缺陷预测方法


[0001]本专利技术涉及缺陷预测
，特别涉及一种基于ANSYS
‑
APDL语言考虑折皱因子的方坯角部缺陷预测方法。

技术介绍

[0002]棒线材产品在粗轧开坯阶段往往采用箱形孔轧制。在实际生产过程中，方坯轧制时易在角部因为塑性失稳产生折皱缺陷，影响最终产品表面质量。为了减少方坯角部折皱缺陷，需要对其产生的原因进行研究。
[0003]目前，有学者认为是材料不均匀流动造成方坯角部折皱缺陷。对于方坯角部缺陷，在实际生产时，通过试错法进行调整的方式存在周期长、费用高的问题，而常规的有限元仿真计算，通过对比关键点的位移和应变进行定性分析，存在建模复杂，计算量大的问题。因此，需要一种新的方坯角部缺陷预测方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种基于ANSYS
‑
APDL语言考虑折皱因子的方坯角部缺陷预测方法，以解决轧制过程方坯的表面质量控制问题，通过折皱因子，判断生产过程中是否产生折皱缺陷。通过ANSYS有限元软件的参数化设计语言APDL，输入当前机架的孔型数据、轧辊速度等工艺设备参数，就可以建立一种三维轧制模型计算折皱因子，实现对坯料轧后表面缺陷的预测。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了如下技术方案：
[0006]一种基于ANSYS
‑
APDL语言考虑折皱因子的方坯角部缺陷预测方法，包括：
[0007]步骤一，确定方坯材料的折皱失稳临界应力；
[0008]步骤二，基于ANSYS APDL语言建立方坯轧制过程三维几何模型；
[0009]步骤三，基于ANSYS APDL语言确定方坯和轧辊的材料，并对方坯和轧辊进行网格划分；
[0010]步骤四，基于ANSYS APDL语言定义轧辊与方坯间的接触，并为方坯施加初始速度载荷，为轧辊施加转速载荷；
[0011]步骤五，基于ANSYS APDL语言定义求解时间、结果输出频率和文件格式，保存模型后进行仿真求解计算；
[0012]步骤六，基于ANSYS APDL语言对仿真求解计算结果进行处理，获得每个节点的折皱因子，并根据折皱因子预测方坯角部是否发生折皱缺陷；其中，若折皱因子绝对值小于1，则表示未发生折皱；若折皱因子绝对值不小于1，则表示折皱发生；折皱因子绝对值数值越大，表明相应区域发生折皱的可能性越大。
[0013]进一步地，所述步骤一包括：
[0014]通过材料的高温力学试验，获得材料的高温变形抗力K、初始屈服应变ε0和应变硬化指数n；
[0015]通过下面公式计算方坯角部起皱临界应力σ
cr
：
[0016][0017]式中，B为方坯宽度，H为方坯高度；R为方坯角部圆角半径；ΔB为方坯宽度与轧制一道次后轧件宽度之差；ΔH为方坯高度与轧制一道次后轧件高度之差，ΔR为方坯角部圆角半径与轧辊箱型孔内圆弧半径的差，n为应变硬化指数。
[0018]进一步地，所述步骤二包括：
[0019]使用APDL语言对本道次方坯尺寸参数、孔型参数以及轧制工艺参数分别进行定义和赋值；
[0020]使用APDL语言中K命令，用孔型关键点坐标生成孔型关键点，用LSTR命令将孔型关键点连成线，用LFILLT生成孔型圆角，用AROTAT命令将孔型曲线围绕轧辊中心线旋转生成轧辊面；
[0021]使用APDL语言中K命令，用方坯关键点坐标生成方坯关键点，用LSTR命令将方坯关键点连成线，用LFILLT生成方坯圆角，用AL命令将封闭的线段围成面，用AGEN命令将方坯端面拉伸成三维实体。
[0022]进一步地，所述方坯尺寸参数包括：方坯的宽度，方坯的高度，方坯的圆角半径以及方坯的长度。
[0023]进一步地，所述孔型参数包括：槽口宽度、槽底宽度、孔型深度，孔型内圆弧半径、孔型外圆弧半径以及轧辊直径。
[0024]进一步地，所述轧制工艺参数包括：辊缝尺寸和轧辊转速。
[0025]进一步地，所述步骤三包括：
[0026]使用APDL语言中MP命令，定义方坯和轧辊的材料；其中，方坯为塑性材料，使用应变率相关的材料模型，应力应变数据为实测材料数据，轧辊为刚性材料；
[0027]使用APDL语言中ET命令，定义方坯和轧辊的单元类型；其中，方坯单元类型为SOLID164，轧辊单元类型为SHELL163；
[0028]使用APDL语言中LESIZE命令，分别对方坯和轧辊的每个边定义网格尺寸，再使用VMESH和AMESH命令分别对方坯和轧辊进行网格划分。
[0029]进一步地，所述步骤四包括：
[0030]使用APDL语言EDLOAD命令为方坯施加初始速度载荷；
[0031]使用APDL语言EDLOAD命令为轧辊施加转速载荷；
[0032]使用APDL语言EDCGEN命令定义轧辊与方坯间的接触。
[0033]进一步地，所述步骤六包括：
[0034]使用APDL语言DNSOL命令定义节点的折皱因子，折皱因子γ计算公式为：
[0035][0036]式中，σ
iy
是第i个节点宽度上的应力，σ
cr
为起皱临界应力；
[0037]使用APDL语言PLNSOL命令获得方坯折皱因子分布图。
[0038]进一步地，在所述步骤二中，建立方坯轧制过程三维几何模型时，根据轧辊与方坯
几何形状与载荷的对称性，建立四分之一模型。
[0039]本专利技术提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
[0040]与现有技术相比，本专利技术提出折皱因子概念，通过ANSYS APDL语言建立的预测折皱缺陷的三维轧制模型，不仅精度高，而且降低了建模的复杂性和计算量，每次计算时仅需按现场孔型尺寸和工艺参数为某些变量赋值，就可以预测方坯是否产生折皱缺陷，并可以通过改变相应变量，优化轧制工艺。
附图说明
[0041]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0042]图1是本专利技术实施例提供的基于ANSYS
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APDL语言考虑折皱因子的方坯角部缺陷预测方法的执行流程示意图。
具体实施方式
[0043]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。
[0044]本实施例提供了一种基于ANSYS
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APDL语言考虑折皱因子的方坯角部缺陷预测方法，该方法的执行流程如图1所示，包括以下步骤：
[0045]步骤一，确定方坯材料的折皱失稳临界应力；
[0046]具体地，在本实施例中，上述步骤一的实现本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于ANSYS
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APDL语言考虑折皱因子的方坯角部缺陷预测方法，其特征在于，所述方坯角部缺陷预测方法包括以下步骤：步骤一，确定方坯材料的折皱失稳临界应力；步骤二，基于ANSYS APDL语言建立方坯轧制过程三维几何模型；步骤三，基于ANSYS APDL语言确定方坯和轧辊的材料，并对方坯和轧辊进行网格划分；步骤四，基于ANSYS APDL语言定义轧辊与方坯间的接触，并为方坯施加初始速度载荷，为轧辊施加转速载荷；步骤五，基于ANSYS APDL语言定义求解时间、结果输出频率和文件格式，保存模型后进行仿真求解计算；步骤六，基于ANSYS APDL语言对仿真求解计算结果进行处理，获得每个节点的折皱因子，并根据折皱因子预测方坯角部是否发生折皱缺陷；其中，若折皱因子绝对值小于1，则表示未发生折皱；若折皱因子绝对值不小于1，则表示折皱发生；折皱因子绝对值数值越大，表明相应区域发生折皱的可能性越大。2.如权利要求1所述的基于ANSYS
‑
APDL语言考虑折皱因子的方坯角部缺陷预测方法，其特征在于，所述步骤一包括：通过材料的高温力学试验，获得材料的高温变形抗力K、初始屈服应变ε0和应变硬化指数n；通过下面公式计算方坯角部起皱临界应力σ
cr
：式中，B为方坯宽度，H为方坯高度；R为方坯角部圆角半径；ΔB为方坯宽度与轧制一道次后轧件宽度之差；ΔH为方坯高度与轧制一道次后轧件高度之差，ΔR为方坯角部圆角半径与轧辊箱型孔内圆弧半径的差，n为应变硬化指数。3.如权利要求1所述的基于ANSYS
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APDL语言考虑折皱因子的方坯角部缺陷预测方法，其特征在于，所述步骤二包括：使用APDL语言对本道次方坯尺寸参数、孔型参数以及轧制工艺参数分别进行定义和赋值；使用APDL语言中K命令，用孔型关键点坐标生成孔型关键点，用LSTR命令将孔型关键点连成线，用LFILLT生成孔型圆角，用AROTAT命令将孔型曲线围绕轧辊中心线旋转生成轧辊面；使用APDL语言中K命令，用方坯关键点坐标生成方坯关键点，用LSTR命令将方坯关键点连成线，用LFILLT生成方坯圆角，用AL命令将封闭的线段围成面，用AGEN命令将方坯端面拉伸成三维实体。4.如权利要求3所述的基于ANSYS
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APDL语言考虑折皱因子的方坯...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏岚，郭秋燕，陈银莉，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：