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pqf连轧自动化建模及参数优化

PQF连轧自动化建模及参数优化

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作者：朱慧东北大学

学位级别：硕士

pqf(Premium Quality Finishing)连轧是无缝钢管生产过程中的重要工序,属于多重非线性和热力耦合多道次轧制问题。目前很多学者采用有限元分析方法对pqf连轧进行分析研究,然而绝大多数的有限元分析软件缺乏特定类别模块,在建模和分析过... 详细信息

pqf(Premium Quality Finishing)连轧是无缝钢管生产过程中的重要工序,属于多重非线性和热力耦合多道次轧制问题。目前很多学者采用有限元分析方法对pqf连轧进行分析研究,然而绝大多数的有限元分析软件缺乏特定类别模块,在建模和分析过程中存在前处理建模繁琐及后处理数据提取不便等系列问题,不利于轧辊孔型参数的设定及工艺参数的优化。本文以有限元分析软件ABAQUS为开发平台,利用二次开发技术,开发出方便简单、界面友好的pqf连轧塑性成形数值模拟模块,大大缩短新连轧模型的建模周期,并针对钢厂的某尺寸的轧辊孔型参数进行了优化。论文的主要研究内容包括:(1)针对某钢厂轧制加工的典型材质毛管,以294孔型pqf连轧过程为研究对象,根据现场的工艺条件,建立pqf连轧热力耦合有限元分析模型。(2)根据建立好的pqf连轧热力耦合模型,将Python程序语言与ABAQUS软件相结合,对CAE建模过程中生成的脚本进行封装,同时通过ABAQUS菜单栏中的Plugs-in创建界面,实现内核与界面之间交互,最终创建了 pqf连轧参数化建模模块,使ABAQUS前处理过程可完成自动化几何建模、定义接触及网格划分等前处理操作。(3)以建立好的pqf连轧参数化建模模块为基础,对连轧模型进行数值模拟仿真分析,与工厂实际连轧壁厚数据对比,模拟结果比较接近,在工程接受的范围内,说明开发模块的准确性,同时将通过理论计算的轧制力与有限元模拟计算的轧制力进行比较,两者在一定的误差范围内,进一步说明了 pqf连轧自动化建模模块的有效性。(4)基于ABAQUS在模拟仿真时塑性成型过程后处理功能不完善,无法直接获得连轧产品荒管的壁厚的问题,对ABAQUS后处理进行二次开发,利用三次B样条拟合曲线,提出了一种解决横向壁厚计算的方法,并使用Python脚本语言进行编程,使其在ABAQUS有限元软件中执行计算。(5)研究了毛管在轧制过程中的金属流动规律、等效应变场和温度变化,模拟pqf连轧是为降低连轧荒管的壁厚不均率,针对工厂某规格连轧的孔型参数采用正交优化的方法,选择开口角、辊缝圆弧半径、偏心距及摩擦系数为影响因素,以第一机架优化为例,得出最优的参数组合模型,在一定程度上提高了壁厚精度。

关键词： pqf连轧 ABAQUS 二次开发参数化建模优化

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