[发明专利]一种超厚板坯多道次轧制工艺的数值模拟方法

权利要求书

1.一种超厚板坯多道次轧制工艺的数值模拟方法，其特征在于，它包括步骤：

1)建立数值模拟系统，数值模拟系统包括传热模型、材料模型、摩擦模型、本构方程、组织演变模型，以及采用CAD软件建立的上、下轧辊和超厚板坯的几何模型；

2)向数值模拟系统输入边界条件、材料参数、工艺参数；

3)数值模拟超厚板坯经过第N道次的轧制过程：

3-1)基于数值模拟系统，采用有限元法分步数值模拟板坯接触上、下轧辊进入咬入非稳态变形轧制阶段；

3-2)基于插值公式实现有限元法模拟向有限体积法模拟转换的各物理场量数据的传递；

3-3)基于数值模拟系统，采用Euler网格的有限体积法数值模拟板坯进入稳态变形轧制阶段；

3-4)基于插值公式实现有限体积法模拟向有限元法模拟转换的各物理场量数据的传递；

4)N增加1，重复执行3)，直至板坯经过所有道次全部轧制完毕，进入5)；

5)数值模拟完成，获得的数值模拟结果包括传热模型输出的轧板温度场分布情况、材料模型与本构方程、摩擦模型相结合输出的应力应变场分布情况、组织演变模型输出的错位异步轧制过程中的再结晶分布情况；

其中：N从1开始，道次数量大于等于8；

咬入非稳态变形轧制阶段分为若干步进行模拟：A)设定初始有限元网格及其边长，和板坯的初始步长，将板坯、上、下轧辊的几何模型用初始有限元网格划分，其中，初始有限元网格为边长相等的四面体网格；B)板坯传送进行轧制，轧制过程中若有限元网格发生畸变，则此步模拟停止；C)根据板坯变形程度，重新给出板坯对应几何模型的有限元网格的新边长，和新步长；D)重复执行B)，直至完成咬入非稳态变形轧制阶段的模拟；E)输出数值模拟结果。

2.如权利要求1所述的超厚板坯多道次轧制工艺的数值模拟方法，其特征在于：

在所述步骤2)中：

所述边界条件包括所述板坯的厚度和长度、所述板坯的压下量、轧制初始加热温度；

所述材料参数包括板坯材料的型号、强度、硬度、弹性模量；

所述工艺参数包括道次数量、板坯传送速度、上、下轧辊间的错位量和异速比。

3.如权利要求2所述的超厚板坯多道次轧制工艺的数值模拟方法，其特征在于：

所述初始有限元网格的边长z0与所述板坯压下量d之间满足如下关系式：

z0＝(1/15～1/20)×d；

所述初始步长t0与所述上轧辊的转速v1之间满足如下关系式：

t0＝(1/8～1/10)πd1×v1；

所述有限元网格的新边长z与所述板坯压下量d之间满足如下关系式：

z＝(1/5～1/8)×d；

所述新步长t与所述上轧辊的转速v1之间满足如下关系式：

t＝(1/10～1/15)πd1×v1；

其中，d1为所述上轧辊的直径。

4.如权利要求1所述的超厚板坯多道次轧制工艺的数值模拟方法，其特征在于：

所述有限元法模拟与所述有限体积法模拟之间转换时基于下式1)示出的所述插值公式实现物理场量数据的传递：

设定i为有限体积网格体系的中心格点，其在有限元网格体系中的局部坐标为(x，y，z)，则i点的物理场量通过下式1)得到：

式1)中，f_i(x,y,z)为有限体积网格体系的中心格点i的任意一个物理场量，f_j为i点所在的有限元网格中各网格节点相应的物理场量，m为有限元网格的网格节点个数，N_j(x,y,z)为有限元网格的形函数，

其中，对于不在有限元网格体系中的中心格点i，令其物理场量为零。