步进式加热炉内重轨钢坯温度场和应力场数值模拟

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1、内蒙古科技大学硕士学位论文步进式加热炉内重轨钢坯温度场与应力场的数值模拟论文题目：作者：_________________________王良刚指导教师：赵增武教授单位：材料与冶金学院协助指导教师：单位：单位：论文提交日期：年月日学位授予单位：内蒙古科技大学步进式加热炉内重轨钢坯温度场与应力场的数值模拟Heavyrailsteelbillettemperaturefieldandstressfieldnumericalsimulationinreheatingfurnace研究生姓名：王良刚指导教师姓名：赵增武内蒙古科技大学材料与冶金学院包

2、头014010，中国Candidate：WangLianggangSupervisor：ZhaoZengwuSchoolofMaterialandMetallurgyInnerMongoliaUniversityofScienceandTechnologyBaotou014010，P.R.CHINA独创性说明本人郑重声明：所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得内蒙古科技大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。

3、与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。签名：___________日期：____________关于论文使用授权的说明本人完全了解内蒙古科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵循此规定）签名：___________导师签名：___________日期：____________内蒙古科技大学硕士学位论文摘要钢坯在加热炉内再加热的过程是热轧进行生产的重

4、要环节，钢坯加热的情况不仅影响热轧设备的运行，而且还影响到轧制产品的质量。因而，对钢坯在加热炉内加热时的温度场和应力变形的模拟是十分必要的。本文依据包钢轨梁厂某步进式加热炉的生产工艺条件，采用ANSYS软件，以重轨钢坯为研究对象，以瞬态温度场有限元法为基础，建立了重轨钢坯在步进式加热炉内加热过程的三维瞬态非线性有限元模型，计算中重轨钢坯的热物理参数是随温度变化的，而且固态相变热的影响通过等效比热容法以比热形式考虑进去，钢坯加热时固定梁对其传热的影响忽略，钢坯在步进炉内的换热系数，通过分别计算对流换热系数和辐射换热系数，然后相加得出钢坯加热的

5、综合传热系数，在此基础计算出钢坯的温度场；然后以弹塑性大变形有限元理论为基础，将温度计算时的单元转化为相应的结构单元，瞬态热分析结果作为体载荷，温度边界条件删除，定义钢坯的热膨胀系数、弹性模量、泊松比后，进行结构分析。温度计算结果表明，钢坯在步进式加热炉内加热，钢坯的固态相变热对钢坯加热的影响很显著，尤其是钢坯内部，随着加热炉温度的升高，钢坯的温升曲线有个明显的凹阶段；结构分析表明，热应力无约束边界条件下，钢坯在加热炉内的加热，各节点位移沿各坐标轴是线性增大的，钢坯的加热是一个受热膨胀过程，钢坯对称面上的等效应力在加热二段内达到500MPa

6、，接近钢坯屈服应力；如果固定梁与钢坯接触不良，在钢坯下表面施加位移约束，就会产生钢坯的拱起弯曲。根据钢坯瞬态温度场、瞬态热应力场、钢坯拱起弯曲的分析结果，钢坯拱起弯曲的重要原因是固定梁、移动梁在钢坯下表面施加的位移约束，影响钢坯热膨胀，因此要控制炉温均匀增大，减小在每一个步进周期内固定梁、移动梁施加位移约束的对热膨胀的影响，为进一步优化钢坯加热质量提供理论基础。关键词：钢坯；ANSYS；有限元；瞬态分析I内蒙古科技大学硕士学位论文AbstractBilletinreheatingfurnaceheatingprocessofhotrolli

7、ngproductionisanimportantlink,notonlyaffectthehotrollingbilletheatingequipmentoperation,butalsoaffectthequalityofrolledproducts.Thus,thebilletinreheatingfurnacethermaldeformationsimulationisverynecessary.Inthispaper,Basedonthesteelrailbeamplantofareheatingfurnaceproduction

8、processconditions,usingANSYSsoftware,withheavyrailsteelastheresearchobject,thetransientte