[发明专利]一种基于有限元模拟的球扁钢轧制工艺优化方法

权利要求书

1.一种基于有限元模拟的球扁钢轧制工艺优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：测量待轧制坯料的材料性能参数及几何参数，建立有限元模型，并利用网格结构化方法划分网格；

具体为：

S11：采用网格种子对有限元模型依次进行全局布点和逐步布点；

S12：对坯料过渡区的网格种子进行局部细化；

局部细化后的网格数量N与局部细化前的网格数量N0满足如下关系式：N＝(2～5)N₀；

且网格结构化划分后各个网格的边长a与坯料截面面积S₀和道次面缩率满足如下关系式：

S13：使用逐步划分网格的方式进行网格结构化划分；

S2：将多道次往复轧制工艺拆分为若干单道次轧制工艺，基于有限元模型分别进行模拟，直至全部道次轧制完成，输出最终模拟结果；

具体为：

S21：将多道次往复轧制工艺拆分为若干单道次轧制工艺；

S22：针对拆分后得到的每一道次轧制的模拟，采用显式动力学方法分步模拟坯料的咬入、轧制、抛钢；采用隐式动力学方法分步模拟各道次轧制之间坯料的返红过程及降温过程；

S23：若该道次轧制过程中发生大变形，则执行网格重构操作，并以重构后的网格进行下一道次轧制的模拟；若该道次轧制过程中未发生大变形，则直接进入下一道次轧制的模拟；

网格重构操作具体包括：S231：提取稳定轧制阶段的截面坐标作为初始网格的截面坐标；

S232：对初始网格的截面坐标进行优化，得到优化后的截面坐标；

具体包括：

其中，x，y，z为优化后的截面坐标，x₀，y₀，z₀为初始网格的截面坐标；μ_i为基本形状权系数，其几何意义为第i个基本形状向量在新截面形状中的贡献因子；x_i，y_i，z_i为第i个初始网格的参数化坐标，即第i个基本形状向量在x，y，z方向的坐标值；x_i-x₀、y_i-y₀和z_i-z₀分别为第i个基本形状向量对x，y和z的修正量；i为正整数，n为网格节点的总个数；

S233：基于优化后的截面坐标建立新的有限元模型并利用所述网格结构化方法重新划分网格；

S24：重复上述步骤S22～S23，直至全部道次轧制完成，输出最终模拟结果；

S3：根据S2的最终模拟结果，对轧制工艺进行优化。

2.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于，所述S23中的大变形具体包括：当变形前的网格边长a和变形后的网格边长a₁满足a₁0.2a的条件时，则认为发生大变形。

3.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于，重新划分的网格的节点数能够根据截面的复杂程度进行调整。

4.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于，所述S2还包括：S25：读取轧制模拟结束后球扁钢的温度分布，在此基础上继续模拟冷却过程中球扁钢的温度和残余应力分布情况。

5.根据权利要求1所述的优化方法，其特征在于，所述S3具体包括：依据最终模拟结果，直观再现坯料咬入、轧制、抛钢、返红和降温过程，根据轧制过程中球头和腹板的温度及应力应变的变化情况，对球扁钢轧制工艺进行优化，实现球扁钢轧制过程的柔性控轧。