一种预测热轧过程板带温度场的有限元方法

摘要

一种预测热轧过程板带温度场的有限元方法，属于轧制技术领域，本方法包括以下步骤：(1)采集轧制过程数据；(2)对横断面进行单元划分，建立有限元分析模型，对单元节点进行编号，计算节点坐标；(3)根据不同轧制过程，确定边界换热系数和内热源强度(4)利用有限元基本原理，计算四边形等参单元的型函数、B矩阵和雅克比矩阵J和雅克比矩阵行列式|J|；(5)对有限单元的温度刚度矩阵和变温矩阵进行组装；(6)采用一维变带宽存储法求解线性方程组，获得瞬态温度场。本发明的优点：能获得很高的温度预测精度和整个热轧过程板带温度分布的详细信息，为轧制过程提供设定和优化参数；应用性强，缩短了计算时间，提高了计算效率。

主权项

1.一种预测热轧过程板带温度场的有限元方法，其特征包括以下步骤：(1)采集轧制过程数据，包括：轧制参数，材料热物性参数，单元划分信息，初始信息，控制参数轧制参数：道次轧制的出口厚度，轧制压力，轧辊温度，除磷水流量材料热物性参数：热传导系数，比热，密度单元划分信息：宽度单元数和厚度单元数初始信息：轧件温度，轧件宽度，轧件厚度控制参数：迭代次数；(2)对横断面进行单元划分，建立有限元分析模型，对单元节点进行编号，计算节点坐标；(3)根据不同轧制过程，确定边界换热系数和内热源强度热轧板带在空冷过程中，其表面换热方式为辐射和自然对流，辐射系数表述为：HR＝σ·ε·(T+T_air)(T²+T_air²)式中：HR为辐射系数σ＝5.67×10^-8W/(m²·K⁴)ε＝0.125(T/1000)²-0.38(T/1000)+1.1热轧板带在空冷过程的对流方式为自然对流，其表达式为：式中：T(K)为板带表面温度T_air为环境温度b表示板带宽度热轧板带在高压水除磷过程中，换热方式为强迫对流和侧面辐射，辐射计算方法同上，对流系数表达式为：HC_W＝124.7×w^0.663×10^{-0.00147(T-273.16)}式中：w(L/min·m²)为水流密度T(K)为板带表面温度在轧制过程中，板带与轧辊之间接触换热是热损失方式，接触换热系数表达式为：IHTC＝695p_m-34400(W/m²K)式中：p_m(MPa)-轧制压力；(4)利用有限元基本原理，计算四边形等参单元的型函数、B矩阵和雅克比矩阵J和雅克比矩阵行列式|J|；(5)对有限单元的温度刚度矩阵和变温矩阵进行组装，形成温度求解的系统方程式$\left(\right[K_T]+\frac{1}{\mathrm{\Delta t}}[K_3\left]\right){\left\{T\right\}}_t=\frac{1}{\mathrm{\Delta t}}\left[K_3\right]{\left\{T\right\}}_{t-\mathrm{\Delta t}}+\left\{p\right\}$式中：[K_T]-温度刚度矩阵[K₃]-变温矩阵{p}-常数项列式(6)采用一维变带宽存储法求解线性方程组，获得瞬态温度场。