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建筑模板钢热轧过程有限元分析及仿真系统开发

发布时间:2018-10-05 13:13
【摘要】:建筑模板钢属于异型断面型钢的一种,由于其横截面形状比较复杂,通常应用于许多特定场合。目前,建筑模板钢在城市建筑、厂区建设、港口、电厂设施、钻井平台、桥梁和地铁等各行业得到广泛应用。由于建筑模板钢轧制是在高温高压的条件下进行,成形工艺较为复杂,生产过程中易产生多种轧制缺陷,难以对轧件成形情况进行实时观测,这就需要借助于有限元法分析软件完成热轧过程的仿真分析,以期达到优化建筑模板钢的生产工艺参数、控制最终产品成形质量的目的。本文以建筑模板钢C158为例,应用大型商用有限元分析软件ABAQUS对其热轧生产过程进行全道次数值仿真分析。以某大型钢铁集团有限公司实际生产工艺流程为基础,建立建筑模板钢轧辊、轧件几何模型,设置边界条件及相互作用关系等参数,完成包含开坯粗轧、万能精轧的全过程分析仿真。本课题分析了建筑模板钢的热轧生产工艺流程,并利用AutoCAD进行建筑模板钢二维模型图纸绘制。将二维模型导入ABAQUS建立轧辊、轧件的几何模型,通过设置材料属性、分析步、初始边界条件、载荷及网格划分等参数,进行建筑模板钢热轧过程有限元分析。通过仿真分析,得到建筑模板钢整个热轧过程中轧件温度场、应力场等的分布情况及金属流动规律。在有限元法仿真分析过程中,采用网格重构技术保障轧件信息的准确传递及轧制过程的顺利进行。本课题采用支持二次开发的ABAQUS软件平台,并嵌入网格重构与前处理和后处理脚本的Python程序构建仿真系统。通过开发自定制的建筑模板钢热轧过程图形用户界面,将轧制过程涉及的几何建模、高压水除鳞、开坯粗轧、万能精轧及轧后冷却五个模块进行集成,使得用户能够直接输入建筑模板钢热轧工艺参数完成仿真分析,实现整个轧制过程仿真模块化、参数化,操作界面简洁化。以建筑模板钢C158为例,应用ABAQUS进行热轧成形中轧件温度场、应力场及金属流动情况的分析,为轧制工艺规程优化、轧件形状控制及轧辊孔型设计等提供可靠的设计依据。本课题开发的建筑模板钢热轧过程综合仿真系统,能够实现对建筑模板钢热轧过程全道次的仿真分析。将该仿真系统应用于建筑模板钢的实际生产中,可以为现有型钢的生产工艺优化提供理论指导,并能大大缩短新型钢种的开发周期,降低成本。
[Abstract]:Architectural formwork steel is a kind of special-section steel. Because of its complex cross section shape, it is usually used in many special situations. At present, building formwork steel has been widely used in urban construction, plant construction, port, power plant facilities, drilling platforms, bridges and subway and other industries. Due to the high temperature and high pressure of building formwork steel rolling, the forming process is more complicated, and many kinds of rolling defects are easy to be produced in the process of production, so it is difficult to observe the forming condition of rolling piece in real time. In order to optimize the process parameters of building formwork steel and control the forming quality of final product, it is necessary to complete the simulation analysis of hot rolling process by means of finite element analysis software. Taking building formwork steel C158 as an example, a large commercial finite element analysis software ABAQUS is used to analyze the whole pass numerical simulation of the hot rolling process. Based on the actual production process of a large iron and steel group co., Ltd, the building formwork steel roll, the geometric model of the workpiece, the boundary condition and the interaction relation are set up to complete the rough rolling, The whole process analysis and simulation of universal finishing mill. In this paper, the hot rolling process of building formwork steel is analyzed, and the 2D model drawing of building formwork steel is drawn by AutoCAD. The two-dimensional model was introduced into ABAQUS to establish the geometric model of roll and workpiece. The finite element analysis of the hot rolling process of building formwork steel was carried out by setting the material attribute, analyzing the step, initial boundary condition, load and mesh partition. Through simulation and analysis, the distribution of temperature field, stress field and metal flow in the whole hot rolling process of building formwork steel are obtained. In the process of finite element simulation and analysis, mesh reconstruction technology is used to ensure the accurate transmission of rolling piece information and the smooth progress of rolling process. In this paper, the simulation system is constructed by using the ABAQUS software platform which supports the secondary development, and embedding the grid reconfiguration, pre-processing and post-processing scripts into the Python program. By developing a custom graphical user interface for the hot rolling process of building formwork steel, five modules, including geometric modeling, high pressure water descaling, rough rolling, universal finishing rolling and cooling after rolling, are integrated. So that the user can directly input the building formwork steel hot rolling process parameters to complete the simulation analysis, realize the whole rolling process simulation modularization, parameterization, simple operation interface. Taking building formwork steel C158 as an example, the temperature field, stress field and metal flow in hot rolling forming are analyzed by using ABAQUS, which provides a reliable design basis for the optimization of rolling process schedule, the shape control of workpiece and the design of roll pass. The comprehensive simulation system of the hot rolling process of building formwork steel developed in this paper can realize the simulation analysis of the whole pass of the hot rolling process of the building formwork steel. The application of the simulation system to the practical production of building formwork steel can provide theoretical guidance for the optimization of the existing section steel production process, shorten the development period of new steel grades and reduce the cost.
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TU755.2;TG335.11

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本文编号:2253522


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