[发明专利]一种热连轧多机架板形有限元仿真方法

说明书

本发明涉及一种热连轧多机架板形有限元仿真方法，属于冶金行业轧制技术领域。本发明的技术方案是：将整个热连轧过程分为几个部分，每个部分作为一个子模型，采用生死单元法与单元重划分技术相结合来逐个计算子模型，并通过子模型间数据传递方法来进行带钢温度和板凸度的继承与传递，从而将各个子模型串联为一个整体。本发明的有益效果是：大幅减少热连轧有限元模型的单元数量，计算速度快，对计算平台要求低，并且避开了单元的畸变和扭曲，计算精度高；能够实现对热连轧过程中各机架带钢板凸度、温度和轧制力的连续预报。

技术领域

本发明涉及一种热连轧多机架板形有限元仿真方法，属于冶金行业轧制技术领域。

背景技术

随着国内制造业的高速发展，尤其是汽车减量化的不断进步，对高强钢的强度与尺寸精度提出了更高的要求。随着高强钢强度的不断增加，带钢本身的变形抗力随之增加，导致在轧制变形过程中，所需的轧制力增加，致使轧机机架与轧辊产生更大的弹性变形，相应地，使带钢成品板形（包括横截面形状与平坦度）与目标板形误差增大，从而使高强钢的板形控制面临更大的困难与挑战。

为了更好地控制高强钢板形，需要一套精确的板形预测工具，系统地研究多机架连轧板形的演变规律，模拟和分析现场所出现的板形问题，进一步优化板形控制数学模型。目前无论是热连轧还是冷连轧，在涉及板形问题的有限元分析中，只局限于单机架的分析和研究，侧重于单机架中窜辊、弯辊、轧制力、张力等对轧后带钢板形的影响分析。这种有限元模型具有很大的局限性，只考虑了本机架中板形的影响因素，忽略了前一机架对本机架的影响，以及本机架对下一机架的影响，因此，不能真实反映整个连轧过程中板形的连续变化规律。

基于目前的有限元商业软件，如果按照实际的热连轧尺寸参数和工艺参数来建模，相比于单机架有限元模型，连轧模型单元总数会成倍增加至百万级以上，计算时间步长急剧减小，导致计算时间大幅增长；并且在热连轧计算中，由于总变形率往往大于90%，单元不断延伸变形，不可避免地会出现单元的畸变和扭曲，致使模型计算精度降低，甚至计算终止。

发明内容

本发明目的在于针对现有高强钢板形控制问题和目前多机架热连轧板形仿真的技术屏障，提出一种热连轧多机架板形有限元仿真方法，将整个热连轧过程分为几个子模型，采用生死单元法与单元重划分技术相结合来逐个计算子模型，，大幅减少热连轧有限元模型的单元数量，计算速度快，对计算平台要求低，并且避开了单元的畸变和扭曲，计算精度高；并通过开发的节点历史数据传递方法来实现模型间带钢温度和板凸度的继承与传递，从而将各个子模型串联为一个整体，实现对热连轧过程中带钢板凸度、温度和轧制力的连续预报与分析，有效地解决了背景技术中存在的上述问题。

本发明的技术方案是：一种热连轧多机架板形有限元仿真方法，将整个热连轧过程分为几个部分，每个部分作为一个子模型，采用生死单元法与单元重划分技术相结合来逐个计算子模型，并通过模型间数据传递方法来进行带钢温度和板凸度的继承与传递，从而将各个子模型串联为一个整体，实现对热连轧过程中各机架带钢板凸度、温度和轧制力的连续预报。

所述将整个热连轧过程分为几个部分，是根据实际道次压下率大小来划分的，上游机架道次压下率大，可以一或两个机架划分为一部分；下游机架道次压下率小，可以三个机架划分为一部分；每部分作为一个子模型。

所述生死单元法是指热连轧计算中，为了减少模型单元，选用一段很短的带钢，在某一机架中轧制时，其他机架的单元全部杀死；在该机架轧制后，带钢处于机架间时，将所有机架单元杀死，只有带钢参与计算；待带钢咬入下一机架前，将这个机架的单元激活，重新参与轧制计算；也就是说，整个轧制过程中，最多只有一个机架单元参与计算。

所述单元重划分技术是指在子模型计算结束后，将该模型中带钢稳定轧制阶段的某一横截面的上下端关键节点坐标提取出来；根据这些关键节点坐标，在下个子模型中重新划分横截面，然后将生成的横截面均匀扩展成带钢单元，这样无论在带钢横向和纵向都为形状规则的八节点六面体单元。