角钢异形断面轧后控制冷却过程的机理研究

发布时间：2017-10-04 10:25

  本文关键词：角钢异形断面轧后控制冷却过程的机理研究

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【摘要】：随着现代结构钢产业的发展,角钢被广泛应用于建筑结构和工程结构领域。采用控制冷却和控制轧制工艺与只采用控制轧制相比,不仅提高了生产效率,同时也改善了冷却效果,使轧后角钢获得更好的综合力学性能。控冷技术的应用和研究已经成为钢铁企业重点发展的一项关键技术。本文以角钢轧后的控制冷却过程为研究对象,使用有限元分析软件模拟Q235角钢的控制冷却过程,并实验测试了角钢冷却后的力学性能和微观组织结构。主要内容如下:1.以传热学理论为基础,分析了导热微分方程并确定了初始条件和边界条件,建立温度场的有限元方程。利用ANSYS有限元软件建立了热轧后角钢的二维和三维瞬态温度场的数值模拟模型,研究角钢在不同的冷却时间和水流密度条件下的瞬态温度场分布和温降曲线以及相应的温度变化云图,归纳影响角钢轧后温度场分布的主要因素。2.基于ANSYS优化设计理论,以水流密度为设计变量,以终冷温度为状态变量,使用APDL语言建立热轧角钢控冷过程的优化分析模型,并进行优化前后结果的对比分析,确定比较合理的角钢控冷方案。3.在温度场数值模拟和优化分析结果基础上,建立角钢轧后控冷过程中温度场与应力/应变场的耦合模型。通过对后者的模拟计算,得出整个控冷过程应力、应变的分布规律。4.将模拟结果与实测数据进行对比分析,表明模拟结果与实测数据基本相符,验证了有限元数值模拟结果的可靠性,并在该实验的基础上,通过扫描电镜对室温金相组织进行检测分析以及力学性能的测定,表明角钢轧后通过控冷机械性能得到明显提高。本课题的研究将为角钢异形断面轧后控冷技术的应用提供理论依据。
【关键词】：角钢 有限元分析 控制冷却 数值模拟 优化设计
【学位授予单位】：辽宁科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG335
【目录】：

• 中文摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 1. 绪论9-17
• 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 角钢轧后控冷装置简介12-13
• 1.4 控制冷却相关理论13-16
• 1.4.1 控制冷却的目的13-14
• 1.4.2 冷却方式的选择14
• 1.4.3 控制冷却的各个阶段的要求14-15
• 1.4.4 控冷过程中的换热分析15-16
• 1.5 课题研究的主要内容16-17
• 2. 角钢控制冷却过程中有限元模型的建立17-28
• 2.1 温度场分析的基本理论17-20
• 2.1.1 传热学及热力学定律17
• 2.1.2 热传递的方式17-20
• 2.2 温度场有限元方程的建立20-27
• 2.2.1 导热微分方程的建立20-22
• 2.2.2 瞬态热分析特性22-23
• 2.2.3 热分析的单值性条件23-24
• 2.2.4 空冷阶段的换热系数24-26
• 2.2.5 冷却过程耦合场的分析26-27
• 2.2.6 直接耦合法和间接耦合法27
• 2.3 本章小结27-28
• 3. 角钢控制冷却过程中温度场的数值模拟28-42
• 3.1 ANSYS软件简介28-29
• 3.1.1 ANSYS热分析单元的选择28-29
• 3.1.2 ANSYS二次开发语言APDL29
• 3.2 二维角钢轧后控冷过程中温度场的有限元数值模拟29-33
• 3.2.1 模型简化29
• 3.2.2 热物性参数的选择29-30
• 3.2.3 二维几何模型建立30-32
• 3.2.4 二维角钢温度场有限元模型的建立32
• 3.2.5 二维角钢载荷步的设定和APDL的使用32-33
• 3.3 二维角钢温度场数值模拟结果分析33-39
• 3.3.1 模拟分析结果34-36
• 3.3.2 二维角钢温度场模拟结果对比分析36-37
• 3.3.3 控冷方案3的二维温度场数值模拟时间历程曲线分析37-39
• 3.4 三维角钢温度场数值模拟分析39-41
• 3.4.1 三维角钢模型的建立与网格的划分39-40
• 3.4.2 角钢三维温度场分析40-41
• 3.5 本章小结41-42
• 4. 角钢控制冷却过程中的优化设计42-48
• 4.1 优化设计的基本概念42-43
• 4.2 优化设计的基本步骤43
• 4.3 角钢控冷过程中参数化方程的建立43-46
• 4.3.1 设计变量的确定43-44
• 4.3.2 优化方法的确定44-45
• 4.3.3 优化分析结果45
• 4.3.4 优化前后的温度场对比分析45-46
• 4.3.5 优化前后选定节点的时间历程曲线对比分析46
• 4.4 本章小结46-48
• 5. 角钢控制冷却过程中应力应变场的模拟分析48-58
• 5.1 数值模拟应力/应变场的相关原理48-54
• 5.1.1 虚功原理48-49
• 5.1.2 弹性热应力有限元方程49-50
• 5.1.3 热弹塑性相关原理50-54
• 5.2 角钢控冷过程中应力/应变场的有限元模拟54-57
• 5.2.1 热物性参数的确定54
• 5.2.2 角钢控冷过程中应力/应变场的分布及分析54-57
• 5.3 本章小结57-58
• 6. 角钢控制冷却过程中的力学性能及组织场分析58-62
• 6.1 铁碳合金状态在冷却过程中的转换58-59
• 6.2 控制冷却后的强韧性机理59
• 6.3 角钢控冷过程的实验研究59-61
• 6.3.1 实验方案59-60
• 6.3.2 实验和模拟结果对比分析60-61
• 6.4 本章小结61-62
• 7. 结论62-63
• 参考文献63-66
• 致谢66-67
• 作者简介67-68

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 张婧;陈林;杨文庆;;25~#等边角钢孔型设计[J];包钢科技;2014年01期

2 钱振声;控制冷却过程中影响钢板均匀冷却的因素及其控制[J];宽厚板;2000年01期

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 黄伟兵;电力铁塔专用角钢性能研究[D];南昌大学;2011年

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本文编号：970124