[發(fā)明專(zhuān)利]一種預(yù)測(cè)熱軋過(guò)程板帶溫度場(chǎng)的有限元方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710158981.2
• 申請(qǐng)日: 2007-12-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101178746A
• 公開(kāi)（公告）日: 2008-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李長(zhǎng)生;梅瑞斌;劉相華
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G06F17/50
• 分類(lèi)號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 沈陽(yáng)東大專(zhuān)利代理有限公司
• 代理人: 劉曉嵐

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于軋制技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種預(yù)測(cè)熱軋過(guò)程板帶溫度場(chǎng)的有限元方法。

背景技術(shù)

目前在板帶熱軋過(guò)程中，板帶溫度預(yù)測(cè)方法主要有現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量、數(shù)學(xué)模型、有限差分法和有限元軟件仿真。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量雖然便捷，但是受主觀因素較大，并且大多只能獲得板帶表面溫度，不能得到全面準(zhǔn)確的溫度信息；數(shù)學(xué)模型極大的依賴(lài)于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)條件，計(jì)算方法不夠靈活，計(jì)算精度往往較低；有限差分法是一種直接將微分問(wèn)題變?yōu)榇鷶?shù)問(wèn)題的近似數(shù)值解法，其理論上的缺陷使得計(jì)算精度的提高受到了一定限制；通用有限元軟件由于需要占用大量的內(nèi)存，降低了計(jì)算效率，并且由于其專(zhuān)業(yè)性不強(qiáng)，在求解軋制過(guò)程溫度時(shí)精度不高。這些因素一定程度上影響了熱軋過(guò)程中板帶溫度的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，進(jìn)而不能夠準(zhǔn)確設(shè)定軋制過(guò)程參數(shù)，影響軋制過(guò)程的順利進(jìn)行。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中預(yù)測(cè)熱軋過(guò)程板帶溫度場(chǎng)的各種方法精度低和專(zhuān)業(yè)性不強(qiáng)等缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種熱軋過(guò)程預(yù)測(cè)板帶溫度場(chǎng)有限元法，其目的是提高板帶溫度場(chǎng)預(yù)測(cè)精度，提高計(jì)算效率。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)解決方案如下：

利用有限元法求解熱軋板帶溫度場(chǎng)時(shí)進(jìn)行如下假設(shè)：

軋向尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于寬度和厚度方向尺寸，因此忽略軋制方向熱傳導(dǎo)

寬度方向上邊界換熱條件和幾何形狀對(duì)稱(chēng)，考慮二分之一斷面

①采集軋制過(guò)程數(shù)據(jù)，包括：軋制參數(shù)，材料熱物性參數(shù)，單元?jiǎng)澐中畔ⅲ跏夹畔ⅲ刂茀?shù)

軋制參數(shù)：道次軋制的出口厚度，軋制壓力，軋輥溫度，除磷水流量

材料熱物性參數(shù)：熱傳導(dǎo)系數(shù)，比熱，密度

單元?jiǎng)澐中畔ⅲ簩挾葐卧獢?shù)和厚度單元數(shù)

初始信息：軋件溫度，軋件寬度，軋件厚度

控制參數(shù)：迭代次數(shù)

②對(duì)橫斷面進(jìn)行單元?jiǎng)澐郑⒂邢拊治瞿Ｐ腿鐖D1所示，對(duì)單元節(jié)點(diǎn)進(jìn)行編號(hào)，計(jì)算節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)。

根據(jù)單元?jiǎng)澐謹(jǐn)?shù)據(jù)、軋件寬度和厚度尺寸建立有限元分析模型，單元和節(jié)點(diǎn)編號(hào)沿厚度方向和寬度方向逐漸增加，圖1中，i為單元編號(hào)，j為節(jié)點(diǎn)編號(hào)，H為厚度，W為寬度。AB和AD絕熱邊界，BC和CD換熱邊界。以A點(diǎn)坐標(biāo)為零，計(jì)算各節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，在寬度方向和厚度方向上單元均勻劃分。

③根據(jù)軋制過(guò)程實(shí)際條件和軋制階段確定換熱系數(shù)h和內(nèi)熱源強(qiáng)度熱軋過(guò)程包括空冷階段，除磷階段，軋制階段。整個(gè)軋制過(guò)程不同階段的換熱系數(shù)和內(nèi)熱源強(qiáng)度計(jì)算如下：

(1)熱軋板帶在空冷過(guò)程中，值為零；其表面換熱方式主要為輻射和自然對(duì)流，換熱系數(shù)h通過(guò)式(1)和式(2)計(jì)算：

HR＝σ·ε·(T+T_air)(T²+T_air²)????(1)

其中：HR為輻射系數(shù)，σ為Stefan-Boltzman常數(shù)，σ＝5.67×10^-8W/(m²·K⁴)；ε為黑度系數(shù)，ε與溫度的關(guān)系式為ε＝0.125(T/1000)²-0.38(T/1000)+1.1。

熱軋板帶在空冷過(guò)程的對(duì)流方式為自然對(duì)流，其表達(dá)式為：

其中：T(K)為板帶表面溫度；T_air為環(huán)境溫度；b表示板帶寬度。

(2)熱軋板帶在高壓水除磷過(guò)程中，值為零；表面換熱方式為強(qiáng)迫對(duì)流和側(cè)面輻射，換熱系數(shù)h通過(guò)式(1)和式(3)計(jì)算：

HC_W＝124.7×w^0.663×10^{-0.00147(T-273.16)}????(3)

其中w(L/min·m²)為水流密度；T(K)板帶表面溫度。

(3)在軋制過(guò)程中，板帶與軋輥之間接觸換熱是主要熱損失方式，忽略塑性變形和摩擦做功，q·=0.]]>接觸換熱系數(shù)與軋制壓力有關(guān)。換熱系數(shù)h通過(guò)式(4)計(jì)算：

IHTC＝695p_m-34400(W/m²K)????(4)

式中：p_m(MPa)-軋制壓力