[發明專利]一種基于有限元模擬的球扁鋼軋制工藝優化方法

有效

• 申請號: 202110732028.4
• 申請日: 2021-06-29
• 公開（公告）號: CN113486461B
• 公開（公告）日: 2023-09-19
• 發明（設計）人: 于浩;王錕;李宇晗;朱自猛
• 申請（專利權）人: 北京科技大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;B21B1/08;G06F111/10;G06F119/18
• 代理公司: 北京金智普華知識產權代理有限公司 11401
• 代理人: 朱艷華

1.一種基于有限元模擬的球扁鋼軋制工藝優化方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：測量待軋制坯料的材料性能參數及幾何參數，建立有限元模型，并利用網格結構化方法劃分網格；

具體為：

S11：采用網格種子對有限元模型依次進行全局布點和逐步布點；

S12：對坯料過渡區的網格種子進行局部細化；

局部細化后的網格數量N與局部細化前的網格數量N0滿足如下關系式：N＝(2～5)N₀；

且網格結構化劃分后各個網格的邊長a與坯料截面面積S₀和道次面縮率滿足如下關系式：

S13：使用逐步劃分網格的方式進行網格結構化劃分；

S2：將多道次往復軋制工藝拆分為若干單道次軋制工藝，基于有限元模型分別進行模擬，直至全部道次軋制完成，輸出最終模擬結果；

具體為：

S21：將多道次往復軋制工藝拆分為若干單道次軋制工藝；

S22：針對拆分后得到的每一道次軋制的模擬，采用顯式動力學方法分步模擬坯料的咬入、軋制、拋鋼；采用隱式動力學方法分步模擬各道次軋制之間坯料的返紅過程及降溫過程；

S23：若該道次軋制過程中發生大變形，則執行網格重構操作，并以重構后的網格進行下一道次軋制的模擬；若該道次軋制過程中未發生大變形，則直接進入下一道次軋制的模擬；

網格重構操作具體包括：S231：提取穩定軋制階段的截面坐標作為初始網格的截面坐標；

S232：對初始網格的截面坐標進行優化，得到優化后的截面坐標；

具體包括：

其中，x，y，z為優化后的截面坐標，x₀，y₀，z₀為初始網格的截面坐標；μ_i為基本形狀權系數，其幾何意義為第i個基本形狀向量在新截面形狀中的貢獻因子；x_i，y_i，z_i為第i個初始網格的參數化坐標，即第i個基本形狀向量在x，y，z方向的坐標值；x_i-x₀、y_i-y₀和z_i-z₀分別為第i個基本形狀向量對x，y和z的修正量；i為正整數，n為網格節點的總個數；

S233：基于優化后的截面坐標建立新的有限元模型并利用所述網格結構化方法重新劃分網格；

S24：重復上述步驟S22～S23，直至全部道次軋制完成，輸出最終模擬結果；

S3：根據S2的最終模擬結果，對軋制工藝進行優化。

2.根據權利要求1所述的優化方法，其特征在于，所述S23中的大變形具體包括：當變形前的網格邊長a和變形后的網格邊長a₁滿足a₁0.2a的條件時，則認為發生大變形。

3.根據權利要求1所述的優化方法，其特征在于，重新劃分的網格的節點數能夠根據截面的復雜程度進行調整。

4.根據權利要求1所述的優化方法，其特征在于，所述S2還包括：S25：讀取軋制模擬結束后球扁鋼的溫度分布，在此基礎上繼續模擬冷卻過程中球扁鋼的溫度和殘余應力分布情況。

5.根據權利要求1所述的優化方法，其特征在于，所述S3具體包括：依據最終模擬結果，直觀再現坯料咬入、軋制、拋鋼、返紅和降溫過程，根據軋制過程中球頭和腹板的溫度及應力應變的變化情況，對球扁鋼軋制工藝進行優化，實現球扁鋼軋制過程的柔性控軋。