高温合金钢板多道次可逆热轧的有限元模拟

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1、上海交通大学硕士学位论文摘要高温合金钢板多道次可逆热轧的有限元模拟摘要GH4169合金是Ni-Fe-Cr基变形高温合金，已成为航空、能源、石油化工等工业的常用材料之一。金属板材的热轧是一个高度非线性的弹塑性大变形过程，难以用准确的数学模型来描述。随着计算机技术的迅速发展，有限元法已被越来越多地应用于板带轧制的模拟。但目前的模拟工作大都采用二维模型，没有考虑轧件各场变量的横向分布；而且研究集中在单道次成形模拟上，对多道次热连轧的模拟还很少；此外，多采用动态显式算法进行求解，精度较低，难以获得良好的板形。近年来，有些研究工作开发了三维有限元仿真模型，但其轧辊常采用刚性模型，无

2、法考虑由弯辊力、轧制力和温度变化引起的轧辊弹性变形，而这对于最终的板材质量是非常重要的。高温合金钢的高流变应力特性也决定了在研究其板形问题时必须要考虑轧辊的弹性变形。为了解决以上问题，本文主要完成了以下研究工作：基于商用有限元软件MSC.Marc，采用弹塑性大变形热力耦合有限元法，并用Fortran语言进行二次开发，建立了包括等效弹性轧辊在内的多道次可逆热轧过程的热力耦合有限元模型，实现了多道次可逆轧的连续模拟，过程中不需要进行人工干预，并解决了道次间的参数传递和网格自动重划分问题，再现了可逆热轧的“头尾”温差特性，采用准静态算法，获得了稳定的轧件板形。高温合金GH416

3、9的多道次热轧模拟结果表明，此种建模方法获得了较好的计算精度，对于研究多道次的热轧及其板形问题具有一定参考价值。在此基础上，分析了轧件的等效应力场、等效应变场、温度场、第II页上海交通大学硕士学位论文摘要轧制力、宽展的变化规律，为进一步研究轧制工艺和提高产品质量提供了较为可靠的依据。经分析得到，温度、轧制力、变形是三个重要的质量衡量指标。为了进一步探讨轧制工艺参数对轧制过程的影响，分析了不同的压下量、初始温度、轧制速度、接触换热系数和对流换热系数对温度、轧制力和变形的影响，为改进和优化轧制工艺提供了理论指导。关键词：多道次，可逆热轧，弹塑性有限元，热力耦合第IIII页上海

4、交通大学硕士学位论文AbstractFiniteElementSimulationofMulti-PassReversingHotRollingforHighTemperatureAlloyAbstractGH4169isaNi-Fe-Crbasedhightemperaturealloy.Ithasbeenusedinindustrieslikeaviation,energyandchemicalengineering.Platehotrollingisahighlynonlinearelasto-plasticlargedeformationprocess,which

5、isquitedifficulttobemodeledbyanalyticalmodels.Withthedevelopmentofcomputationalscience,finiteelementmethodhasbeenwidelyusedtosimulatetherollingprocess.Butmostofthesestudiesarebasedon2Dmodelswherethevariablesinwidthdirectioncannotbeconsidered.Some3Dsimulationswerealsocarriedoutinpastyears;

6、however,thestudiesmainlyfocusonsinglepasssimulationwhilesimulationsonmulti-passhotrollingarerarelytobereported.Besidesthat,inmostreportedworkstherollsweretreatedasrigidbodies,bywhichtheelasticrolldeformationresultedbytheroll-bendingforce,rollingforceandtemperaturevariationcannotbeconsider

7、ed,butitiscriticalimportanttotheplatequality.Thehightemperaturealloyusuallyshowsgreatresistancetodeformationsothattheelasticdeformationoftherollhastobeconsideredwheninvestigatingtheplateprofile.Themaincontentsandresultsofthispaperareasfollows:Inthispaper,MSC.Marcise