[發(fā)明專利]一種結合敏感性分析與反算優(yōu)化的鋼錠鑄造模擬邊界條件確定方法

在審

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• 申請日: 2022-11-01
• 公開（公告）號: CN115659747A
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發(fā)明（設計）人: 王旭東;馮聰;姚曼
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F111/10;G06F119/08
• 代理公司: 遼寧鴻文知識產權代理有限公司 21102
• 代理人: 許明章;王海波

本發(fā)明提供一種結合敏感性分析與反算優(yōu)化的鋼錠鑄造模擬邊界條件確定方法，屬于鑄造仿真技術領域。該方法分為兩個部分，一是鋼錠溫度場仿真條件因素敏感性大小分析，二是對鋼錠凝固過程溫度場敏感性高的條件因素進行反算優(yōu)化。采用鋼廠實測鋼錠溫度數(shù)據(jù)，并結合DOE實驗設計和反算優(yōu)化法確定實際鋼錠凝固過程中的傳熱條件因素，從而達到提高模擬計算精度的目的。本發(fā)明采用專用紅外熱像儀，快速準確測量錠模特定點的溫度隨時間變化曲線；基于田口實驗設計得到的敏感性分析結果并不會受測溫點位置的影響，測溫點不同，敏感性值可能不同，但敏感性趨勢不變；依次對敏感性高的條件進行反算優(yōu)化，得到與實際鑄造過程匹配的條件，提高鑄造模擬準確性。

技術領域

本發(fā)明屬于鑄造仿真技術領域，涉及一種結合敏感性分析與反算優(yōu)化的鋼錠鑄造模擬邊界確條件的準確確定方法。

背景技術

鑄造數(shù)值模擬分析技術可以輔助工程師進行工藝設計及工藝驗證，在鑄造行業(yè)領域的應用十分廣泛，但如何提升鑄造模擬計算的準確性，已成為技術革新的一大瓶頸，是亟需解決的核心難題。對于模擬仿真的計算精度，除了數(shù)值求解算法本身以外，數(shù)值模擬過程中材料物性參數(shù)、邊界條件、運行參數(shù)等輸入條件，也共同決定了模擬仿真結果的準確性。

目前絕大部分的鑄造工程師在采用數(shù)值模擬分析手段時均采用“經驗值”來進行模擬仿真，然而鑄造過程千差萬別，統(tǒng)一按照“經驗值”進行仿真模擬計算顯然是不利于獲得精準的模擬結果，與實際生產存在較大偏差。受限于現(xiàn)有的檢測手段和技術裝備，通過實驗的方法直接測量材料物性參數(shù)、邊界條件等參數(shù)是相當困難的，甚至無法直接測量獲得。

因此，采用計算機仿真模擬結合實驗測量技術，通過DOE(Design of experiment)實驗設計的方法進行模擬條件敏感性分析，確定鑄造過程模擬仿真的主要條件因素，利用反算法準確和量化鑄造過程主要條件因素值，對于提高鑄造模擬計算的準確性具有重要意義。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是提出一種結合敏感性分析與反算優(yōu)化的鋼錠鑄造模擬邊界條件確定方法，依據(jù)實際測量的鋼錠溫度數(shù)據(jù)，結合DOE實驗設計方法和反算法，獲得較利用經驗值條件更為準確的模擬計算邊界條件，提高模擬計算精度。

為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案如下：

一種結合敏感性分析與反算優(yōu)化的鋼錠鑄造模擬邊界條件確定方法，該方法分為兩個部分，一是鋼錠溫度場仿真條件因素敏感性大小分析，二是對鋼錠凝固過程溫度場敏感性高的條件因素進行反算優(yōu)化。采用鋼廠實測鋼錠溫度數(shù)據(jù)，并結合DOE實驗設計和反算優(yōu)化法確定實際鋼錠凝固過程中的傳熱條件因素，從而達到提高模擬計算精度的目的，具體包括以下步驟：

第一步、鋼錠溫度場仿真邊界條件因素敏感性分析

(1)用L_n(p^c)表示正交表，其中L、p、n、c分別表示正交表的代號、正交試驗的因子水平數(shù)、試驗的總次數(shù)和試驗因子的個數(shù)。

(2)在正交試驗中，采用極差分析的方法來判定試驗因素的敏感性，z因素的極差值可以表示為：

其中，表示z因素在n水平下所得的實驗結果的水平均值，n表示總水平數(shù)。

(3)利用正交實驗方法從諸多影響溫度場邊界條件的因素(界面?zhèn)鳠嵯禂?shù)、表面對流傳熱系數(shù))中，快速找到對溫度影響顯著的條件因素，并將其影響效果量化。根據(jù)量化結果確定影響鑄錠溫度場的主、次要參數(shù)條件。

(4)依據(jù)對鋼錠溫度場影響顯著的因素，確定正交實驗因子，根據(jù)實驗因子數(shù)量及因子水平選取DOE實驗設計方案正交表，各影響因素的水平值選取原則為依據(jù)各影響因素參考值合理范圍內選取，結果分析依據(jù)錠模寬面表面中心測溫點固定時刻溫度T。