[发明专利]一种模拟铸坯凹坑缺陷在轧制过程中演变的有限元计算方法

说明书

本发明公开了一种模拟铸坯凹坑缺陷在轧制过程中演变的有限元计算方法。属于有限元分析方法领域，具体步骤：1、在有限元分析软件中，按实际尺寸绘制轧辊和铸坯3维图形；2、在铸坯上添加半径为r₀凹坑缺陷；3、在r₀凹坑缺陷的边缘处添加半径为r₁圆角；4、设置材料属性和初始条件和边界条件；5、进行剖分；6、对轧制过程进行计算，得到轧制后的凹坑缺陷的几何形状。本发明要解决的技术问题是模拟铸坯凹坑缺陷在轧制过程中演变的有限元计算方法，用于研究凹坑缺陷在轧制过程中的演变规律，从而优化坯料修磨和轧制工艺；本发明实现了铸坯凹坑缺陷在轧制过程中演变的数值模拟，可替代大部分现场试验，提高了效率并节约了成本。

技术领域

本发明属于有限元分析方法领域，更具体地，涉及一种模拟铸坯凹坑缺陷在轧制过程中演变的有限元计算方法。

背景技术

现有技术中，在热轧钢板的生产中，铸坯的表面缺陷，有可能在热轧过程中被修复，也有可能遗传至钢板成品表面。对于铸坯表面的凹坑缺陷，目前多数钢厂采用的措施是对铸坯修磨一定厚度，直至凹坑完全消失。如果凹坑缺陷能够在热轧过程中“愈合”，且终产品可达到相应的质量标准，则这种以完全无表面缺陷为标准的修磨并非必要，因其会产生较大的修磨量，造成成本上升和浪费。

凹坑演变规律除了受凹坑自身尺寸影响外，还受较多其他工艺因素的影响，如轧制温度、压下量等。实际生产过程中存在这些因素排列组合的多种可能性，难以在生产现场对这些不同工艺参数的组合进行一一试验，利用数值模拟方法进行研究是一个可行方法。目前对于钢材坯料轧制加工的数值模拟已有较多研究，这些研究假定坯料表面为无缺陷的完整平面。但对于带有表面凹坑缺陷的坯料，需解决由于几何形状变化带来的模型收敛性问题，常规模型并不能直接使用。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供了一种模拟铸坯凹坑缺陷在轧制过程中演变的有限元计算方法，用于研究凹坑缺陷在轧制过程中的演变规律，为优化坯料修磨和轧制工艺提供数据支撑。该方法可替代大部分现场试验，提高了效率并节约了成本。

技术方案：本发明所述的一种模拟铸坯凹坑缺陷在轧制过程中演变的有限元计算方法，其具体操作步骤如下：

(1)、在有限元分析软件中，按实际尺寸绘制轧辊和铸坯3维图形；

(2)、在铸坯上添加半径为r₀凹坑缺陷；其中，r₀凹坑缺陷的数值根据真实情况选取；

(3)、在r₀凹坑缺陷的边缘处添加半径为r₁圆角；

(4)、设置材料属性和初始条件和边界条件；

(5)、进行剖分；

(6)、对轧制过程进行计算，得到轧制后的凹坑缺陷的几何形状。

进一步的，在步骤(1)中，所述轧辊的形状为空心圆柱体，铸坯的形状为长方体。

进一步的，在步骤(3)中，所述r₁的取值需满足r₁r₀/5。

进一步的，在步骤(4)中，设置材料属性和初始条件和边界条件具体是指：

(4.1)、设置铸坯在轧制温度下的密度、弹性模量、屈服强度、泊松比和硬化函数模型；

将初始位移、速度设置为0，或设置为上一轧制道次完成后的计算结果；

(4.2)、对于轧辊，可忽视变形，将其属性设置为刚性，即忽略其变形；

(4.3)、设置轧辊的位移，旋转速度和旋转方向；

(4.4)、设置轧辊与铸坯的接触条件，摩擦系数。