[发明专利]一种多机架冷连轧板形有限元仿真方法

说明书

本发明涉及一种多机架冷连轧板形有限元仿真方法，属于冶金行业板带轧制技术领域。本发明的技术方案是：根据冷连轧后续道次的工艺参数，依次建立冷轧单机架模型，将冷连轧过程各轧制道次分别作为一个子模型，通过模型间数据传递，从而将各个子模型串联为一个整体的连轧模型。本发明的有益效果是：采用稳态单元重划分技术逐个计算子模型，计算速度快，对计算平台要求低；并通过板带冷连轧过程中整体等效塑性应变的传递与继承，实现了带钢在后续道次中等效塑性应变的累积，从而将冷连轧中各个子模型串联为一个整体，实现对冷连轧过程中带钢板凸度和轧制力的连续预报与分析。

技术领域

本发明涉及一种多机架冷连轧板形有限元仿真方法，属于冶金行业板带轧制技术领域。

背景技术

随着国内制造业的高速发展，尤其是汽车轻量化技术的不断进步，对冷轧高强钢的强度、表面质量与尺寸精度提出了越来越高的要求。冷轧生产过程中，带钢的变形抗力随着钢种的强度增加而不断增加，进一步导致所需的轧制力增大，使轧机机架、轧辊等产生更大的弹性变形。因此，在生产高强钢时，受上述因素影响，带钢成品板形（包括横截面形状与平坦度）与目标板形误差较大，增加了板形控制的难度。

为了系统地研究多机架冷连轧板形的演变规律，优化冷连轧生产过程中板形控制数学模型，同时更好地控制冷轧高强钢生产过程中的板形质量，需要一套精确的板形模拟预测方法，来分析和改善现场所出现的板形问题。弹塑性有限元法是目前通过计算机辅助分析板形问题时常用的办法，但是由于板形问题的复杂性，在分析冷连轧和热连轧板形问题时大多仅局限于单机架、单因素的分析和研究，例如分别侧重于单机架中窜辊、弯辊、轧制力、张力等某一项因素或部分因素对轧后带钢板形的影响分析。单机架模型在分析板形问题时有很大的局限性，一般仅考虑了本机架中各影响因素对本机架板形的影响，忽略机架间带钢板形的遗传影响关系。因此，单机架模型不能真实反映整个连轧过程中板形的连续变化规律。

专利一种热连轧多机架板形有限元仿真方法，专利号CN202010431995.2，给出了一种热连轧的多机架板形有限元建模仿真方法，其中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进行计算，基本实现了热连轧的连续分析过程。但是，其中单元重划分技术采用前一道次的某个截面进行扩展操作，这样会使计算结果偶然性较大，造成结果不稳定。在分析冷连轧生产过程时，受材料累积变形过程中加工硬化的影响，采用专利一种热连轧多机架板形有限元仿真方法，专利号CN202010431995.2，无法进行等效塑性应变的继承，会产生很大的计算误差。因此该方法不适用于分析冷连轧过程。

采用目前的有限元商业软件来分析冷连轧过程，如果建立完整的冷连轧板形分析模型，一般会涉及到百万级的单元数，导致计算时间步长急剧减小，计算时间大幅增长，因此会耗费极大的计算资源，且计算结果难以在短时间内确定其正确性。目前的有限元商业软件一般提供了单元重新划分技术应用于大变形过程分析，但是在冷连轧过程中存在很多总压下率在60%以上的情况，如果仅采用有限元商业软件提供的单元重划分技术，不可避免地会导致带钢单元数目骤增和局部单元的畸变和扭曲，导致计算收敛困难甚至终止。对比热连轧分析，冷连轧模型的轧制速度更快。因此，还需要探寻如何使模型快速进入稳定轧制状态，以减少模型单元数，大大地节省计算资源。

发明内容

本发明目的是提供一种多机架冷连轧板形有限元仿真方法，将整个五机架连轧过程分为五个子模型，采用稳态单元重划分技术逐个计算子模型，大幅减少五机架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；并通过板带冷连轧过程中整体等效塑性应变的传递与继承，实现了带钢在后续道次中等效塑性应变的累积，从而将冷连轧中各个子模型串联为一个整体，实现对冷连轧过程中带钢板凸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：一种多机架冷连轧板形有限元仿真方法，根据冷连轧后续道次的工艺参数，依次建立冷轧单机架模型，将冷连轧过程各轧制道次分别作为一个子模型，通过模型间数据传递，从而将各个子模型串联为一个整体的连轧模型，包含以下步骤：