發(fā)布時(shí)間：2020-02-07 15:23

【摘要】：以二輥鐖160mm×150mm立式鋁帶實(shí)驗(yàn)鑄軋機(jī)為對(duì)象,基于MSC.Marc商用有限元軟件及其二次開發(fā)接口,引入純鋁固-液兩相材料本構(gòu)模型和界面壓力熱阻數(shù)學(xué)模型,建立了雙輥鑄軋過程熱-力耦合非線性有限元模型。采用生死單元法模擬鋁液的連續(xù)澆入,解決了輥套和鑄軋區(qū)鋁帶材間的連續(xù)耦合傳熱問題。通過數(shù)值模擬,給出了鑄軋速度、澆鑄溫度、熔池高度等因素對(duì)KISS點(diǎn)位置和輥面溫度時(shí)間歷程的影響規(guī)律,并對(duì)典型工況溫度模擬結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
【圖文】：

。為便于有限元建模，進(jìn)行如下假設(shè)：①鑄軋輥為剛性輥，鋁液入口速度和溫度恒定，，帶坯與輥面不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)；②鑄軋區(qū)內(nèi)熔體、鑄坯與鑄軋輥沿寬度方向傳熱均勻，軋制力軸向分布均勻，鑄軋成形過程簡(jiǎn)化為平面應(yīng)變問題；③輥套與輥內(nèi)冷卻水對(duì)流換熱系數(shù)為定值；④鑄軋輥與熔體間的換熱系數(shù)取常數(shù)，輥面與帶坯間的換熱系數(shù)與接觸壓力、溫度有關(guān)。為減小計(jì)算規(guī)模，根據(jù)傳熱和變形的對(duì)稱性，取二分之一結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，在ＭＳＣ．Ｍａｒｃ軟件平臺(tái)上建立純鋁雙輥鑄軋過程熱－力耦合仿真模型，如圖２所示。以鑄軋厚度為３ｍｍ的鋁帶產(chǎn)品為例進(jìn)行建模分析，輥套厚３０ｍｍ，取鑄軋區(qū)出口中心為坐標(biāo)原點(diǎn)ｏ，高度方向?yàn)椋S，輥面Ａ點(diǎn)（圖２）為驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)溫度檢測(cè)點(diǎn)。圖２中，ｙａ為溶１．壓下裝置２．平衡彈簧３．鑄軋輥４．鑄軋帶材５．澆鑄系統(tǒng)６．鑄軋輥７．振動(dòng)機(jī)構(gòu)圖１二輥鑄軋機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖池液面高度，ｙｋ為單元“殺死”的臨界坐標(biāo)，ｈ２為輥套和冷卻水之間的對(duì)流換熱系數(shù)。圖２鑄軋過程熱－力耦合模型１．２傳熱邊界條件（１）鑄軋帶坯與輥套之間接觸換熱邊界表達(dá)為ｑｆ＝ｈ１（ｔＺＰ－ｔＧＴＷ）（１）其中，ｑｆ為軋輥與帶坯間的熱流密度；ｔＺＰ、ｔＧＴＷ分別為帶坯表面溫度和輥套表面溫度；ｈ１為帶坯與輥套之間的接觸換熱系數(shù)，與界面接觸壓力有關(guān)，文獻(xiàn)［１４］通過界面熱阻測(cè)試實(shí)驗(yàn)，給出了其回歸公式：ｈ１Ｒａｋｍ＝２．３５×１０－３（ｐＨ）０．９３＋１．２９×１０－３（２）式中，Ｒａ為均方根表面粗糙度

動(dòng)，鑄軋區(qū)內(nèi)金屬網(wǎng)格會(huì)將“死單元”帶入鑄軋區(qū)，當(dāng)其節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)ｙ小于ｙａ時(shí)，通過子程序?qū)⑿逻M(jìn)入鑄軋區(qū)的“死單元”重新“激活”。同樣，為避免鑄軋出口鋁帶長(zhǎng)度過大而導(dǎo)致模型網(wǎng)格數(shù)量過多，在出口方向以ｙｋ作為單元“殺死”的臨界坐標(biāo)，單元節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)ｙ小于ｙｋ時(shí)將被“殺死”。因此，整個(gè)模擬過程中僅節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)在ｙｋ和ｙａ之間的單元保持“激活”狀態(tài)，參與模型求解的單元數(shù)量大大減少，解決了連續(xù)澆鑄模擬和快速仿真問題。２模擬結(jié)果分析２．１鋁帶單元“激活”與“殺死”處理圖３是鑄軋速度為２．４ｍ／ｍｉｎ時(shí)，完成第一圈軋制后的輥面溫度變化云圖。從圖３中可以看出，金屬熔體入口液面始終保持不變，當(dāng)鑄軋出口帶坯延伸至ｙｋ點(diǎn)后，單元即被“殺死”。在有限元法中，對(duì)于被“殺死”的單元只是將其單元?jiǎng)偠染仃嚦松弦粋�(gè)較小的參數(shù)（如１．０×１０－６），并非將其從實(shí)際模型中刪除。由于被“殺死”單元的單元載荷、質(zhì)量和熱邊界條件等其他同類參數(shù)均為０，故可大大提高模型求解效率。鋁液入口單元溫度初值則可在模型中設(shè)置，不受單元生死操作的影響。（ａ）時(shí)間τ＝０（ｂ）時(shí)間τ＝４ｓ（ｃ）時(shí)間τ＝１２ｓ（ｄ）時(shí)間τ＝１８ｓ圖３鑄軋過程輥面溫度分布變化模擬獲得了鑄軋區(qū)穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)（圖４ａ）和帶坯等效應(yīng)力分布（圖４ｂ），從圖４中可以看出鑄軋區(qū)內(nèi)液相區(qū)、固－液兩相區(qū)、固相區(qū)和ＫＩＳＳ點(diǎn)高度，以及鋁帶等效應(yīng)力分布。結(jié)合鑄軋輥與鋁帶間接觸壓力模擬結(jié)果（圖５）和式（２），可計(jì)算出鑄軋區(qū)內(nèi)鋁帶和鑄軋輥間的接觸換熱系數(shù)分布曲線（圖５），接觸壓力從入口到出口先增大后減小

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前9條

1 趙紅陽;胡林;李娜;;雙輥薄帶鑄軋技術(shù)的進(jìn)展及熱點(diǎn)問題評(píng)述[J];鞍鋼技術(shù);2007年06期

2 王曉晨;楊荃;劉瑞軍;孟潔;郭德福;孫友昭;;基于ANSYS有限元法的熱卷箱內(nèi)中間坯溫度場(chǎng)分析[J];北京科技大學(xué)學(xué)報(bào);2013年04期

3 許志強(qiáng);孟哲儒;杜鳳山;陳龍;;雙輥薄帶鑄軋數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀及展望[J];燕山大學(xué)學(xué)報(bào);2014年02期

4 趙洪運(yùn);舒鳳遠(yuǎn);張洪濤;楊賢群;;基于生死單元的激光熔覆溫度場(chǎng)數(shù)值模擬[J];焊接學(xué)報(bào);2010年05期

5 陳守東;陳敬超;;雙輥薄帶連鑄凝固組織模擬微觀模型的驗(yàn)證[J];材料熱處理學(xué)報(bào);2012年07期

6 鄭江;葛鴻鵬;王先鐵;賀震;羅勇;;局部位形約束生死單元法及其在施工力學(xué)分析中的應(yīng)用[J];建筑結(jié)構(gòu)學(xué)報(bào);2012年08期

7 朱志華,肖文鋒,李曉謙;雙輥連續(xù)鑄軋過程中軋制界面接觸壓力切塊法建模與數(shù)值模擬[J];中國(guó)機(jī)械工程;2002年13期

8 湛利華,李曉謙,唐朝陽,鐘掘;鋁帶坯連續(xù)鑄軋過程熱力耦合有限元分析[J];中國(guó)機(jī)械工程;2005年11期

9 湛利華,鐘掘,李曉謙,黃明輝;連續(xù)鑄軋流變行為的物理模擬及其應(yīng)力—應(yīng)變關(guān)系的演變[J];中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào);2004年12期

【共引文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 陳守東;楊宇;陳敬超;;鋁合金連續(xù)鑄軋數(shù)值模擬現(xiàn)狀及研究展望[J];材料導(dǎo)報(bào);2011年S1期

2 陳守東;陳敬超;呂連灝;;基于CAFE模擬雙輥連鑄純鋁凝固微觀組織[J];材料科學(xué)與工藝;2012年03期

3 陳俊;周國(guó)平;劉振宇;邱以清;王國(guó)棟;;退火時(shí)間對(duì)0.15%P鑄軋耐候鋼冷軋薄帶組織性能的影響[J];材料研究學(xué)報(bào);2011年03期

4 曹光明;劉振宇;吳迪;劉相華;王國(guó)棟;;雙輥鑄軋過程軋制力計(jì)算的研究[J];鋼鐵;2008年08期

5 陳守東;陳敬超;呂連灝;;基于CA-FE的雙輥連鑄純鋁凝固組織模擬[J];材料工程;2012年10期

6 朱影;王立萍;趙紅陽;胡小東;;鑄軋溫度和輥套厚度對(duì)輥套應(yīng)力場(chǎng)的影響[J];遼寧科技大學(xué)學(xué)報(bào);2012年06期

7 陳守東;陳敬超;于杰;;采用一種改進(jìn)CA模型模擬雙輥連鑄純鋁凝固過程的晶粒生長(zhǎng)(英文)[J];稀有金屬材料與工程;2013年12期

8 馮中學(xué);潘復(fù)生;史慶南;張喜燕;陳亮維;陳希亮;;半連續(xù)澆鑄AZ61合金中枝晶形貌特性[J];稀有金屬材料與工程;2014年04期

9 許志強(qiáng);孟哲儒;杜鳳山;陳龍;;雙輥薄帶鑄軋數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀及展望[J];燕山大學(xué)學(xué)報(bào);2014年02期

10 Xin Su;Guang-ming Xu;Jiu-wen Jiang;;Structural and mechanical properties of 7075 alloy strips fabricated by roll-casting in a static magnetic field[J];International Journal of Minerals Metallurgy and Materials;2014年07期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 湛利華;鋁合金連續(xù)鑄軋過程流變行為研究及熱—力耦合分析[D];中南大學(xué);2005年

2 張頌陽;半固態(tài)鎂合金鑄軋板帶制備及其組織性能研究[D];南昌大學(xué);2007年

3 周英;連續(xù)鑄軋熔體流場(chǎng)的物理與幾何耦合規(guī)律與設(shè)計(jì)[D];中南大學(xué);2007年

4 張彩東;雙輥連鑄高速鋼鑄帶組織及后續(xù)處理研究[D];重慶大學(xué);2009年

5 熊勇剛;基于熱力耦合的鑄軋輥彈性變形數(shù)值模擬[D];中南大學(xué);2008年

6 何玉輝;板帶多道次熱軋過程溫度場(chǎng)數(shù)值模擬與溫降模型研究[D];中南大學(xué);2010年

7 曹光明;雙輥鑄軋薄帶鋼液位控制、鑄軋力模型及工藝優(yōu)化的研究[D];東北大學(xué);2008年

8 翁文憑;鎂合金板帶鑄軋凝固前沿控制及缺陷成形機(jī)理研究[D];上海大學(xué);2012年

9 晉艷娟;碳/鋁復(fù)合材料板帶鑄軋控制成型及力學(xué)行為研究[D];太原科技大學(xué);2013年

10 劉正道;鈦合金激光合金化表面改性技術(shù)研究[D];華東理工大學(xué);2014年

【二級(jí)參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 蘇嵐,王先進(jìn),唐荻;熱卷箱式爐內(nèi)板坯溫度場(chǎng)模擬[J];北京科技大學(xué)學(xué)報(bào);1999年05期

2 荊德君,蔡開科;連鑄結(jié)晶器內(nèi)鑄坯溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)耦合過程數(shù)值模擬[J];北京科技大學(xué)學(xué)報(bào);2000年05期

3 季晨曦;張炯明;任嵬;王新華;;雙輥薄帶連鑄柱狀晶組織模擬[J];北京科技大學(xué)學(xué)報(bào);2008年10期

4 謝朝陽;張炯明;胡波;吳蘇州;羅衍昭;肖超平;楊錦;;大扁錠凝固過程模擬及縮孔優(yōu)化[J];北京科技大學(xué)學(xué)報(bào);2011年01期

5 ;Numerical simulation of the temperature fields of stainless steel with different roller parameters during twin-roll strip casting[J];International Journal of Minerals Metallurgy and Materials;2009年03期

6 郝南海,陸偉,左鐵釧;激光熔覆過程熱力耦合有限元應(yīng)力場(chǎng)分析[J];中國(guó)表面工程;2005年01期

7 張捷宇;趙順利;樊俊飛;方園;任三兵;王波;;雙輥薄帶連鑄側(cè)封板熱應(yīng)力模擬及試驗(yàn)研究[J];包頭鋼鐵學(xué)院學(xué)報(bào);2006年02期

8 王波;張捷宇;張胤;賀友多;樊俊飛;方園;安勝利;;雙輥薄帶連鑄過程數(shù)學(xué)物理模擬研究[J];內(nèi)蒙古科技大學(xué)學(xué)報(bào);2008年01期

9 易幼平;楊積慧;藺永誠(chéng);;7050鋁合金熱壓縮變形的流變應(yīng)力本構(gòu)方程[J];材料工程;2007年04期

10 覃銀江;潘清林;何運(yùn)斌;李文斌;劉曉艷;范曦;;ZK60鎂合金熱壓縮變形行為[J];材料科學(xué)與工藝;2010年05期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 劉學(xué)武;大型復(fù)雜鋼結(jié)構(gòu)施工力學(xué)分析及應(yīng)用研究[D];清華大學(xué);2008年

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 湯曉燕,云忠,高志;鋁材快速鑄軋外冷機(jī)理研究[J];北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2002年03期

2 彭成章,毛大恒,黃明輝;快速鑄軋鋁薄板的組織和性能[J];礦冶工程;2002年01期

3 劉曉波;彭成章;毛大恒;;不同鑄軋工藝參數(shù)對(duì)鑄軋微觀組織的影響[J];鑄造技術(shù);2009年10期

4 ;雙輥下注式連續(xù)鑄軋鋁板[J];輕金屬;1976年03期

5 傅振有;鋁及鋁合金連續(xù)鑄軋工藝及鑄軋機(jī)列的設(shè)備組成[J];輕合金加工技術(shù);1985年04期

6 程敏;;罐用鑄軋鋁合金帶的工藝調(diào)研報(bào)告[J];河北冶金;1987年05期

7 劉德山;;板坯連續(xù)鑄軋(上)[J];輕合金加工技術(shù);1987年08期

8 劉德山;;板坯連續(xù)鑄軋(下)[J];輕合金加工技術(shù);1987年09期

9 劉其宏;;金屬連續(xù)鑄軋技術(shù)展望[J];鋼鐵;1990年05期

10 劉t$,文惠民,朱力;鑄軋生產(chǎn)優(yōu)化的自動(dòng)控制[J];冶金自動(dòng)化;1991年04期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 謝焱彬;凌玉華;廖力清;楊欣榮;;鋁電磁鑄軋?jiān)砑捌淇刂苾?yōu)化策略[A];第二十六屆中國(guó)控制會(huì)議論文集[C];2007年

2 許光明;江定輝;李金濤;崔建忠;;電磁鑄軋5182鋁合金組織性能研究[A];第十二屆全國(guó)鑄造年會(huì)暨2011中國(guó)鑄造活動(dòng)周論文集[C];2011年

3 張自品;;鑄軋法生產(chǎn)3105合金的工藝優(yōu)化配置[A];2011全國(guó)鋁及鎂合金熔鑄技術(shù)交流會(huì)論文集[C];2011年

4 李永春;黃金法;侯波;;降溫提速提高鑄軋坯料質(zhì)量的工藝研究[A];2008年全國(guó)鋁合金熔鑄技術(shù)交流會(huì)論文集[C];2008年

5 梁慧強(qiáng);蔡健;潘學(xué)民;;電解鋁液直接鑄軋節(jié)能措施及效果[A];2011全國(guó)鋁及鎂合金熔鑄技術(shù)交流會(huì)論文集[C];2011年

6 劉年春;毛大恒;;電磁鑄軋鑄嘴區(qū)電磁場(chǎng)分布規(guī)律及其作用分析[A];2008年全國(guó)鋁合金熔鑄技術(shù)交流會(huì)論文集[C];2008年

7 田照耀;廖力清;劉建良;;鋁電磁場(chǎng)快速鑄軋過程的分布式實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)[A];第二十六屆中國(guó)控制會(huì)議論文集[C];2007年

8 鮑培瑋;劉志民;邢書明;;雙輥鑄軋鎂板組織的不均勻性[A];第七屆全國(guó)材料科學(xué)與圖像科技學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2009年

9 王建增;潘友發(fā);司圣杰;;3004鋁合金的鑄軋生產(chǎn)實(shí)踐[A];2011全國(guó)鋁及鎂合金熔鑄技術(shù)交流會(huì)論文集[C];2011年

10 匡舉;;用鋁鑄軋料生產(chǎn)花紋極質(zhì)量探析[A];合作 發(fā)展 創(chuàng)新——2008(太原)首屆中西部十二省市自治區(qū)有色金屬工業(yè)發(fā)展論壇論文集[C];2008年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 梁國(guó)峰;撫順鋁廠新鑄軋生產(chǎn)線試車成功[N];撫順日?qǐng)?bào);2005年

2 梁國(guó)峰;撫鋁新鑄軋生產(chǎn)線國(guó)內(nèi)領(lǐng)先[N];中國(guó)有色金屬報(bào);2005年

3 侯發(fā)山;銀湖鋁業(yè)鞏義分公司大型鑄軋板坯生產(chǎn)線投產(chǎn)[N];中國(guó)有色金屬報(bào);2008年

4 閻寶生 任靜偉;電解鋁液電磁鑄軋生產(chǎn)毛化板箔材項(xiàng)目通過驗(yàn)收[N];中國(guó)有色金屬報(bào);2004年

5 林森 韓萱 李慧 季煜;7000萬元設(shè)備民企“安家”[N];揚(yáng)州日?qǐng)?bào);2006年

6 盛春磊;在未來市場(chǎng)的發(fā)展[N];中國(guó)有色金屬報(bào);2008年

7 楊柳;中鋁貴州分公司鑄軋卷板材市場(chǎng)旺銷[N];中國(guó)有色金屬報(bào);2007年

8 ;國(guó)家科技支撐連續(xù)鑄軋專題通過國(guó)家級(jí)驗(yàn)收[N];經(jīng)理日?qǐng)?bào);2009年

9 汪恒玉 李瑞華;洛銅獨(dú)創(chuàng)“一機(jī)雙帶”新工藝[N];中國(guó)有色金屬報(bào);2007年

10 曹祥漢;蘭鋁欲打造電、冶、加一體化航母[N];中國(guó)有色金屬報(bào);2001年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 周英;連續(xù)鑄軋熔體流場(chǎng)的物理與幾何耦合規(guī)律與設(shè)計(jì)[D];中南大學(xué);2007年

2 湛利華;鋁合金連續(xù)鑄軋過程流變行為研究及熱—力耦合分析[D];中南大學(xué);2005年

3 翁文憑;鎂合金板帶鑄軋凝固前沿控制及缺陷成形機(jī)理研究[D];上海大學(xué);2012年

4 曹光明;雙輥鑄軋薄帶鋼液位控制、鑄軋力模型及工藝優(yōu)化的研究[D];東北大學(xué);2008年

5 晉艷娟;碳/鋁復(fù)合材料板帶鑄軋控制成型及力學(xué)行為研究[D];太原科技大學(xué);2013年

6 胡仕成;連續(xù)鑄軋流變界面熱行為研究[D];中南大學(xué);2005年

7 張璋;超薄快速鑄軋的凝固前沿計(jì)算及應(yīng)用研究[D];中南大學(xué);2004年

8 王文明;鋁帶坯雙輥鑄軋系統(tǒng)熱力耦合行為及板形問題研究[D];中南大學(xué);2007年

9 張鵬;雙輥鑄軋不銹鋼薄帶開裂分析與溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的數(shù)值模擬[D];燕山大學(xué);2014年

10 張頌陽;半固態(tài)鎂合金鑄軋板帶制備及其組織性能研究[D];南昌大學(xué);2007年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 楊群英;電脈沖鑄軋鋁合金組織與性能的研究[D];蘭州理工大學(xué);2011年

2 李堯;雙輥薄帶振動(dòng)鑄軋過程仿真模擬及實(shí)驗(yàn)研究[D];燕山大學(xué);2011年

3 唐朝陽;基于熱力順序耦合分析的鋁薄板快速鑄軋過程有限元仿真研究[D];中南大學(xué);2004年

4 楊琛盛;超薄快速鑄軋?jiān)诰�監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究[D];中南大學(xué);2003年

5 段凱;鋁電磁場(chǎng)快速鑄軋電磁感應(yīng)器電氣控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[D];中南大學(xué);2004年

6 肖磊;雙輥鑄軋寬幅鎂合金薄板溫度場(chǎng)與鑄軋力研究[D];重慶大學(xué);2012年

7 賈新武;3104合金的鑄軋工藝研究[D];中南大學(xué);2012年

8 孟凡磊;鑄軋7050鋁合金板材成形行為及熱處理工藝研究[D];遼寧科技大學(xué);2012年

9 于怡瑤;鑄軋7050鋁合金板材成形工藝研究[D];遼寧科技大學(xué);2014年

10 張家富;鉛合金板帶雙輥連續(xù)鑄軋溫度場(chǎng)模擬及其實(shí)驗(yàn)研究[D];中南大學(xué);2010年

本文編號(hào)：2577224