Автоматизированная система проектирования и анализа технологических процессов прокатки в калибрах

• Автор: Аксенов, Сергей Алексеевич
• Шифр специальности: 05.13.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 113 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы.

Цель работы.

Задачи исследования.

Методы исследования.

Научная новизна.

Практическая ценность работы

Апробация результатов работы

Публикации

Структура и объем работы

1. МЕТОДИКА РАСЧЕТА ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРИ ПРОКАТКЕ В КАЛИБРАХ.
1.1 Обзор методик, применяемых для моделирования процессов прокатки в калибрах
1.2 Постановка задачи формоизменения.
1.3 Метод конечных элементов.
1.4 Обобщенная плоская задача
1.5 Основные гипотезы, применяемые при решении задачи прокатки в калибрах
1.6 Итерационная процедура расчета скорости деформации в направлении прокатки
1.7 Модификация системы уравнений для расчета скорости деформации в направлении прокатки
1.8 Метод расчета продольной скорости полосы на входе в очаг деформации
1.9 Расчет формы профиля контактной поверхности валка в различных сечениях очага деформации
1. Расчет распределения температуры но сечению прокатываемого материала
1. Выводы
2 МОДЕЛИРОВАНИЕ РАЗВИТИЯ МИКРОСТРУКТУРЫ
2.1 Модель кинетики рекристаллизации.
2.2 Интеграция микроструктурной модели в программу на базе МКЭ
2.3 Выводы
3 ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ И ПАРАМЕТРОВ РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ СТАЛИ НА ОСНОВЕ РЕЗУЛЬТАТОВ МЕХАНИЧЕСКИХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ.
3.1 Эксперимент на сжатие с плоской деформацией РЭСТ
3.2 Анализ кривых зависимости напряжения от деформации, полученных с помощью экспериментов РБСТ
3.3 Анализ зависимости состояния микроструктуры от условий деформации.
3.4 Выводы
4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ АПРОБАЦИЯ РАЗРАБОТАННОЙ МОДЕЛИ ТЕЧЕНИЯ МАТЕРИАЛА ПРИ ПРОКАТКЕ
4.1 Апробация разработанной компьютерной программы РЬЕЫК.о на заводах Красный октябрь и Серп и молот
4.2 Сравнение ЗЭ и 2.5Э подходов при моделировании прокатки в калибрах системы овалкруг.
4.3 Анализ экспериментальнопромышленных данных для проверки адекватности разработанной модели
4.4 Изменение калибровки черновой группы клетей проволочного стана с целью снижения риска возникновения поверхностных дефектов.
4.5 Анализ поведения потенциальных поверхностных дефектов при прокатке профиля круглого сечения.
4.6 Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


С другой стороны, несмотря на развитие компьютерных технологий и увеличение быстродействия вычислений, моделирование таких процессов, как прокатка в калибрах является весьма громоздкой задачей, для решения которой требуются часы машинного времени. Для решения технологических задач, при разработке калибровочных схем, время расчета является одним из ключевых факторов. Быстродействие используемых алгоритмов особенно важно при решении задач, связанных с оптимизацией процесса, когда моделирование необходимо производить многократно с различными входными параметрами. В связи с этим, многие исследователи заняты поиском такого способа увеличения быстродействия моделей прокатки, который не приведет к существенному уменьшению точности расчетов. Mori и Osakada [4-6] разработали вязко-пластичную трехмерную конечноэлсмснтную модель для анализа установившегося очага деформации при прокатке в калибрах. По их данным расчет стационарного процесса в полтора раза быстрее нестационарных моделей. Kazutake Komori в работе [7] представил новую методику, в которой вместо оптимизации функционала целого очага деформации предлагается последовательная оптимизация функционала составленного для сегмента очага деформации из нескольких поперечных сечений (Large region). Автор указывает на высокую достоверность метода, и возможность экономии значительного количества машинной памяти (до %) однако время расчета при этом возрастает по сравнению с классическими 3D моделями. Kiuchi и Yanagimoto [8] были одними из первых исследователей в области разработки «быстрых» алгоритмов для прокатки в калибрах. Модель, разработанная ими, представляет собой комбинацию 3D МКЭ и метода плоских сечений (slab method). Решение строится в поперечном сегменте толщиной в один элемент, с помощью 3D МКЭ. Впоследствии, другими авторами был опубликован ряд работ, основанных на данном подходе. Таким образом, во всех вышеуказанных работах для расчета использовалось 3D моделирование, а экономия ресурсов достигалась за счет рассмотрения стационарной задачи, либо с помощью ограничения количества элементов при оптимизации функционала. Еще большей экономии компьютерных ресурсов можно добиться, если перейти от 3D МКЭ к комбинации 2D МКЭ и метода плоских сечений (такой подход называют также 2. D моделированием). Па основе этого подхода разработан ряд методик расчета напряженно-деформированного состояния полосы при прокатке в калибрах, различающихся главным образом методикой расчета скорости деформации в направлении прокатки. Hajduk и Simecek в работе [9] проводят двух различных подходов 2. D моделирования процессов прокатки. В первом из них предполагается, скорость деформации в направлении прокатки считается постоянной в объеме очага деформации. Второй подход базируется на том, что скорость удлинения прокатываемого материала распределена по поперечному сечению неравномерно, что приводит к необходимости задания распределения нормального давления по каждому поперечному сечению. В работе приведены результаты расчета по обеим методикам, однако используемые математические модели и граничные условия описаны неполно. Jan-Olov Perii и Roberto Villanueva в работе [], рассматривают возможности использования решения трехмерной и обобщенной плоской задачи при моделировании прокатки рельсов. Авторы отмечают высокую производительность обобщенно плоского подхода. Ианков в работе [] приводит сравнение применения этих же методик для моделирования процесса прокатки проволоки с помощью в конечноэлементном пакете MSC. MARC. Приводится машинное время, затраченное при использовании обоих подходов, при этом применение обобщенной 2D методики позволило сократить время расчета с 7 часов до 3 минут. В работе [] Glowacki описывает модель для расчета напряженно-деформированного состояния при прокатке фасонных профилей на четырехвалковых станах и разработанную на сб основе компьютерную программу. В дальнейших работах[-] программа была адаптирована для прокатки на двухвалковых станах. Постановка и решение задачи формоизменения в данной работе производится в перемещениях. При этом предполагается, что деформация в направлении прокатки распределена равномерно в каждом поперечном сечении.