宽幅铝合金板热连轧热力耦合数值模拟与乳化液传热实验研究

发布时间：2017-08-02 16:01

  本文关键词：宽幅铝合金板热连轧热力耦合数值模拟与乳化液传热实验研究

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【摘要】：铝合金热连轧是目前铝板带生产的主要方法,利用热连轧的方法可以生产出高质量的板带产品。在铝板热连轧过程中,铝板温度、应力等参数的控制很重要,特别是宽幅铝板带,由于其宽度方向尺寸很大,因此沿宽度方向上的温度、应力的分布容易不均匀,而温度、应力应变的不均匀分布又直接影响轧后板带的表面质量及力学性能。铝板热连轧过程中乳化液冷却是影响铝板温度场的重要因素之一,目前关于铝板热连轧数值模拟研究中对乳化液传热边界的处理过于简单,与实际铝板热轧中乳化液传热过程不符,导致数学模型不够准确,降低了模拟结果的精度。针对上述铝板轧制中所存在的问题,本文发展了一种新的宽幅铝板热连轧热力耦合数学模型,该模型中轧件表面设立了一个随轧件与轧辊接触面移动的边界条件表示乳化液冷却传热,采用实验的方法得出乳化液与轧件之间的冷却传热系数,通过数值模拟的方法对幅宽2 7 0 0 m m(坯料宽度)铝合金板“1+4”热连轧全流程过程及乳化液喷射量对轧件温度、应力应变的影响进行了研究。主要研究内容及结果如下:①以幅宽2 7 0 0 m m超大规格铝板“1+4”热连轧过程为研究对象,发展了一种新的宽幅铝板热连轧热力耦合数学模型。在该模型中轧件表面设立了一个随轧件与轧辊接触面移动的边界条件表示乳化液冷却传热,实现了乳化液对轧件的传热边界条件准确的描述,模型中对乳化液传热边界的处理更符合实际轧制过程,提高了模型的准确性。②在发展的新的模型中,乳化液传对轧件传热边界中的传热系数通过实验的方法获得。为此,根据一维非稳态传热原理设计了乳化液传热系数测试实验平台,并利用传热学原理对加热系统进行了热平衡计算,最后根据设计的方案制作了乳化液与铝板传热系数测试实验平台。③利用自行设计制作的实验平台对乳化液传热特性进行了实验研究。根据反向传热算法计算获得了在不同喷射量的条件下乳化液对铝板冷却传热系数,为模型中乳化液传热边界提供了乳化液冷却传热系数基础参数。④利用发展的宽幅铝板热连轧三维热力耦合数学模型,对宽幅铝板热连轧全流程中轧件温度、应力应变进行了数值模拟研究,研究结果表明:在宽度方向上,表面节点与中心节点的温度场呈先增大后减小的趋势,从第1 3到第1 5道次,轧件横向表面边缘与中心的温度差最大达到4 4℃。宽度方向上应力分布不均匀,宽度边缘的应力大于其它节点的应力,第一道次轧制中,中心与边缘节点的应力差在1 3 M p a左右,第九道次轧制中,中心与边缘节点应力差在6 M p a左右;应力随着轧制的进行逐渐深入到轧件厚度中心,其在长度方向分布的不均匀性较大,宽度方向的波动幅度较小。⑤利用发展的宽幅铝板热连轧三维热力耦合数学模型,在不同乳化液喷射量的条件下对宽幅铝板热连轧全流程中轧件温度、应力应变进行了数值模拟研究。研究结果表明:乳化液喷射量越大,每个道次轧制时表面温降越大,横向温度降低得越多,当乳化液喷射量为1 3 5 0()2m/n Lmi?时,轧件在第十道次的温降最大,温降值为1 1 0℃左右;轧制应力随乳化液喷射量的增大而增大,在第1道次中,当乳化液喷射量从9 5 0()2m/n Lmi?增大到1 3 5 0()2m/n Lmi?时,轧件应力从7 2.9 M p a增加到7 5.5 M p a;宽度方向上边缘表面节点应变增加速度变大,乳化液喷射量越大轧件应变减小,产生的变形程度降低。
【关键词】：宽幅铝合金 乳化液 传热 热连轧 数值模拟
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG335.11
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 课题的提出9-10
• 1.2 国内外铝板带温度场、应变场研究现状10-14
• 1.3 研究的目的及内容14-15
• 1.4 课题的学术及实际意义15-17
• 2 铝合金热连轧过程热力耦合数学模型17-35
• 2.1 数值模拟方法17-18
• 2.1.1 有限元法简介17-18
• 2.1.2 有限元法的求解步骤18
• 2.2 DEFORM软 件介绍18-20
• 2.3 热连轧数值模拟基本理论20-21
• 2.3.1 热连轧过程中轧件热传导基本方程20
• 2.3.2 热连轧过程中热力耦合分析20-21
• 2.4 几何模型和网格划分21-23
• 2.5 数学模型基本假设23
• 2.6 铝合金轧件的物性参数23-24
• 2.7 边界条件和初始条件的定义24-31
• 2.7.1 初始条件25
• 2.7.2 边界条件25-28
• 2.7.3 轧件与乳化液接触换热边界条件28-31
• 2.8 轧件咬入的实现31-32
• 2.9 网格的重划分32
• 2.10 本章小结32-35
• 3 乳化液冷却传热系数的实验研究35-51
• 3.1 乳化液传热系数计算原理36-37
• 3.2 乳化液于轧件冷却传热系数实验平台设计与制作37-48
• 3.2.1 乳化液传热系数测定实验加热系统设计及热平衡计算38-44
• 3.2.2 乳化液传热系数测定实验冷却系统44-45
• 3.2.3 乳化液传热系数测定实验数据采集系统45
• 3.2.4 乳化液传热系数测定实验平台的制作45-48
• 3.3 乳化液冷却传热系数测定实验的方法48
• 3.4 实验结果与分析48-49
• 3.5 本章小结49-51
• 4 宽幅铝板热连轧全流程数值模拟51-73
• 4.1 宽幅铝合金板带热轧工艺参数51-52
• 4.2 宽幅铝板热连轧温度分布52-62
• 4.2.1 轧前轧件温度场52-55
• 4.2.2 轧制过程各道次轧件温度场55-62
• 4.3 宽幅铝板热连轧应力场62-67
• 4.4 宽幅铝板连轧应变场67-70
• 4.5 本章小结70-73
• 5 乳化液喷射量对宽幅铝板热连轧过程的影响73-85
• 5.1 乳化液喷射量对宽幅铝板热连轧温度场的影响73-77
• 5.2 乳化液喷射量对宽幅铝板热连轧应力场的影响77-80
• 5.3 乳化液喷射量对宽幅铝板热连轧应变场的影响80-83
• 5.4 本章小结83-85
• 6 结论85-87
• 致谢87-89
• 参考文献89-93
• 附录 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录93

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本文编号：610051