热轧工字钢在不同冷却条件下力学性能的研究

发布时间：2017-05-31 11:19

  本文关键词：热轧工字钢在不同冷却条件下力学性能的研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着现代科学技术的发展,工字钢已经被广泛地应用在工程结构和建筑结构上,而相应的对工字钢力学性能的要求也更高了,为了满足更高性能的钢产品的生产需求,人们开始将提高钢材性能的研究转向控轧后再水冷的技术上来,因此轧后控制冷却技术逐渐得到了快速的发展。热轧型钢的轧后控制冷却技术是冶金行业重点发展的关键技术之一,可以在一定程度上提高钢材的综合力学性能,进而提高市场竞争力,因此研究热轧工字钢轧后控制冷却过程具有重大意义。本文以传热学的基本原理为基础,利用ANSYS分析软件对热轧工字钢轧后控制冷却的传热过程进行分析。首先建立工字钢模型,采用适当的假设和简化,并查阅相关资料确定工字钢控制冷却过程的初始条件和边界条件;然后利用ANSYS有限元分析软件的APDL参数化设计语言对喷射冷却、水幕冷却和汽雾冷却三种冷却方式进行分别建模,对三种冷却方式下工字钢的温度场和应力/应变场进行数值模拟,对所得到的结果进行分析比较,指出三种冷却方式的优缺点,并确定喷射冷却方式为比较合理的控冷方式。再进一步利用工字钢的二维模型分析控冷时间对工字钢控冷过程的影响,并确定较为理想的控冷方案。通过对工字钢控冷实验以及实验结果与模拟分析结果进行对比,验证了有限元分析的可靠性,同时也证明了通过控制冷却技术,可以使工字钢的综合力学性能得到一定的提升,本文的分析结果对工字钢的冷却规律以及开发新的控冷工艺具有实际指导意义,为工字钢轧后控制冷却技术的应用和发展提供了科学依据。
【关键词】：工字钢 有限元分析 控制冷却 数值模拟
【学位授予单位】：辽宁科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG335;TG142.1
【目录】：

• 中文摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 1. 绪论9-15
• 1.1 课题的提出与意义9-10
• 1.2 控冷技术国内外发展现状10-12
• 1.2.1 国外控制冷却技术的发展10-11
• 1.2.2 国内控制冷却技术的发展11-12
• 1.3 控制冷却相关理论12-13
• 1.3.1 控制冷却的概念12
• 1.3.2 控制冷却原理12-13
• 1.3.3 控制冷却方式的选择13
• 1.4 课题研究主要内容13-15
• 2. 工字钢控制冷却过程中有限元模型的建立15-23
• 2.1 温度场分析的基本理论15-17
• 2.1.1 传热学及热力学定律15
• 2.1.2 热传递的三种方式15-17
• 2.2 温度场有限元方程的建立17-22
• 2.2.1 导热微分方程的建立17-20
• 2.2.2 初始条件和边界条件的确定20-21
• 2.2.3 空冷阶段的换热系数21-22
• 2.2.4 水冷阶段的换热系数22
• 2.3 本章小结22-23
• 3. 工字钢钢控制冷却过程中温度场的数值模拟23-40
• 3.1 ANSYS软件简介23-24
• 3.2 工字钢轧后控冷过程中温度场的有限元数值模拟24-30
• 3.2.1 有限元几何模型的建立24-25
• 3.2.2 ANSYS热分析单元的选择25-26
• 3.2.3 网格的划分26-27
• 3.2.4 模型简化27
• 3.2.5 热物性参数的选择27-28
• 3.2.6 加载和求解28-30
• 3.3 自然冷却过程的数值模拟结果分析30-34
• 3.4 水幕冷却温度场数值模拟结果分析34-35
• 3.5 汽雾冷却温度场数值模拟结果分析35-37
• 3.6 喷射冷却温度场数值模拟结果分析37-38
• 3.7 三维工字钢温度场数值模拟结果对比分析38-39
• 3.8 本章小结39-40
• 4. 应力/应变场的数值模拟与结果分析40-51
• 4.1 冷却过程耦合场的分析40-41
• 4.2 热物性参数的选取41-43
• 4.3 工字钢数值模拟应力/应变结果分析43-49
• 4.3.1 水幕冷却工字钢应力、应变和位移的分布43-45
• 4.3.2 汽雾冷却工字钢应力、应变和位移的分布45-47
• 4.3.3 喷射冷却工字钢应力、应变和位移的分布47-49
• 4.4 三种冷却方式应力/应变场比较分析49-50
• 4.5 本章小结50-51
• 5. 二维工字钢温度场数值模拟51-61
• 5.1 二维工字钢温度场数学模型的建立51-52
• 5.2 二维工字钢温度场数值模拟结果分析52-60
• 5.2.1 自然冷却温度场数值模拟结果分析53-54
• 5.2.2 第二种方案温度场数值模拟结果分析54-55
• 5.2.3 第三种方案温度场数值模拟结果分析55-56
• 5.2.4 第四种方案温度场数值模拟结果分析56-58
• 5.2.5 第五种方案温度场数值模拟结果分析58-60
• 5.3 二维工字钢温度场模拟结果对比分析60
• 5.4 本章小结60-61
• 6. 工字钢控制冷却过程中的力学性能及组织分析61-67
• 6.1 控制冷却后的强韧性机理61
• 6.2 影响钢材控冷后性能的主要工艺参数61-62
• 6.3 工字钢控冷过程的实验研究62-66
• 6.3.1 实验方案的确定62-63
• 6.3.2 工字钢轧后控冷装置简介63-64
• 6.3.3 实验和模拟结果对比分析64
• 6.3.4 控制冷却后的力学性能分析64-66
• 6.4 本章小结66-67
• 7. 结论和展望67-69
• 7.1 结论67-68
• 7.2 展望68-69
• 参考文献69-72
• 致谢72-73
• 作者简介73-74

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