[發明專利]一種基于有限元數值模擬的棒材芯表溫差計算方法

在審

• 申請號: 202110884326.5
• 申請日: 2021-08-03
• 公開（公告）號: CN113627055A
• 公開（公告）日: 2021-11-09
• 發明（設計）人: 趙林;章小峰;武學俊;黃貞益;李佑河;席波;侯群峰
• 申請（專利權）人: 南京鋼鐵股份有限公司;安徽工業大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F111/10;G06F119/08
• 代理公司: 南京利豐知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 艾中蘭

本發明提出了一種基于有限元數值模擬的棒材芯表溫差計算方法，首先基于有限元分析軟件實現對大規格棒材的精確建模、劃分網格、建立邊界條件及表面單元及空間節點的建立等工作；然后利用POST26后處理器對空冷過程中的大規格棒材的芯表溫度進行瞬態分析，分別計算出芯表溫度曲線，進行求差計算得到芯表溫度差。本發明基于有限元模擬的方法對大規格棒材空冷芯表溫度的變化規律進行分析，為后續芯表溫差的控制提供了更可靠、更快速的指導方法，節省了大量人力及物理損耗。

技術領域

本發明涉及鋼鐵冶金技術領域，具體涉及熱軋大規格棒材芯表溫差計算方法。

背景技術

棒材是國民經濟的重要組成部分，在制造業、建筑業、和交通運業有著十分廣泛的應用。隨著市場競爭的日益加劇，企業對于棒材的產品質量和性能要求越來越高，而溫度是影響棒材產品質量的一個十分重要的因素。對于大規格棒材(直徑大于50mm的棒材)來說，隨著尺寸規格的增加，芯表溫差越大。芯表溫差過大會導致棒材芯表晶粒大小、組織、變形抗力等產生差異，在后續變形過程中導致力學性能不均勻。對于芯表溫差控制的前提是要精確測量芯表溫差。生產中通常采用物理試驗的方法，物理試驗方法對實驗環境要求苛刻，且消耗人力、物力。

發明內容

為了克服了現有研究對芯部溫度測量困難的缺陷，減少了人力及物力損耗，本發明提出利用有限元數值分析對大規格棒材的芯表溫度進行計算。棒材在加熱后的空冷過程，熱量的散失主要是依靠輻射散熱和空氣對流散熱，因此該計算方法基于對輻射散熱系數及對流換熱系數模型的建立，通過有限元數值分析的方法對大規格棒材的芯表溫度進行計算，可隨時對不同規格的棒材進行芯表溫度計算，其計算結果不但精確，且節省了時間及人力。精確掌握芯表溫度情況，可以為后續工藝提供指導。

針對現有的棒材芯表溫度測量技術不足，本發明采用有限元模擬的方式，提供一種基于有限元數值模擬的棒材芯表溫差計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

一種基于有限元數值模擬的棒材芯表溫差計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1：根據棒材幾何參數，在有限元分析軟件ANSYS的前處理模塊中建立棒材的三維幾何模型，或在三維建模軟件中建立棒材的三維幾何模型，并將節點單元數據讀入有限元分析軟件ANSYS中；

步驟2：建立材料熱物性參數模型；

步驟3：在有限元分析軟件ANSYS中對棒材的三維幾何模型進行網格劃分；

步驟4：定義熱實體單元的類型與實常數：

步驟5：設置初始條件和邊界條件；

步驟6：施加載荷及載荷選項；

步驟7：進行模擬求解設置；

步驟8：設置計算時間步長和迭代步數，完成求解；

步驟9：進入時間-歷程POST26后處理器，對棒材的三維幾何模型進行瞬態分析，獲取棒材三維幾何模型在任意時間點上的芯表溫度值，分別計算出芯表溫度曲線，進行求差計算得到芯表溫度差。

本發明提出了一種基于有限元數值模擬的棒材芯表溫差計算方法，首先基于有限元分析軟件實現對大規格棒材的精確建模、劃分網格、建立邊界條件及表面單元及空間節點的建立等工作；然后利用POST26后處理器對空冷過程中的大規格棒材的芯表溫度進行瞬態分析，并將芯表溫度轉化為芯表溫差曲線，進行求差計算得到芯表溫度差。本發明基于有限元模擬的方法對大規格棒材空冷芯表溫度的變化規律進行分析，為后續芯表溫差的控制提供了更可靠、更快速的指導方法，節省了大量人力及物理損耗。

附圖說明

圖1為本發明實施例基于有限元數值模擬的棒材芯表溫差計算方法流程圖；

圖2為本發明實施例基于ANSYS軟件構建的棒材三維幾何模型示意圖；