Применение конечно-элементного анализак прокатке в калибрах

Содержание

Слайд 2

Введение
Обсуждаются основные соотношения и результаты моделирования процесса прокатки в калибрах с помощью

Введение Обсуждаются основные соотношения и результаты моделирования процесса прокатки в калибрах с
вычислительной системы SPLEN, созданной на основе МКЭ.
Вычислительная система позволяет задавать любую конфигурацию профиля валка и, в настоящее время, используется для изучения изотермических и неизотермических процессов прокатки двумя симметричными валками. В модели используется жестко-вязко-пластическая формулировка задачи и специальная система реализации трения.
Компьютерная система, моделирующая процесс деформирования металла в калибрах, позволяет избежать трудоемких и дорогостоящих промышленных экспериментов и уменьшает время принятия технологических решений. Кроме того, уже на стадии проектирования можно выявить дефекты формы проката и степень проработки металла и, тем самым, максимально приблизить технологический проект к рабочему.
Для увеличения быстродействия алгоритма решения использован полуаналитический метод конечных элементов.

Семинар ИКИ РАН «Механика, Управление и Информатика» Москва 2005

Слайд 3

(2)
(3)
Тогда и выполнено (4)

Граничные условия
на
на (1)
на

Математическая

(2) (3) Тогда и выполнено (4) Граничные условия на на (1) на
модель горячего деформирования

- скорость перемещения частиц среды; - скорость движения валка;
- нормальное давление; - нормаль к валку; - касательное напряжение;
- направляющие косинусы; - ортонормированный репер; - коэффициент трения.

Семинар ИКИ РАН «Механика, Управление и Информатика» Москва 2005

Слайд 4

Теплообмен полосы с валками и с окружающей средой описывается следующим вариационным уравнением

Теплообмен полосы с валками и с окружающей средой описывается следующим вариационным уравнением
:
(5)
где - коэффициент теплопроводности;
- теплоемкость и плотность материала полосы;
- обобщенный параметр, зависящий от разности температур полосы и окружающей среды, постоянной Стефана-Больцмана, коэффициента черноты тела и взаиморасположения поверхностей при излучении;
- коэф. линейного расширения для валков и окружающей среды;
- модуль относительной скорости движения при трении;
- коэф., учитывающий долю выделяемой энергии в виде тепла.

Теплообмен

Семинар ИКИ РАН «Механика, Управление и Информатика» Москва 2005

Слайд 5

Для произвольного элемента очага деформации , достаточно малой толщины, величина , характеризующая

Для произвольного элемента очага деформации , достаточно малой толщины, величина , характеризующая
скорость относительного удлинения волокон в элементе толщиной dz, постоянна: . При этом, в каждом сечении , константа C имеет свое значение. В любом фиксированном элементе компоненты скоростей перемещения частиц относительно поверхности валков имеют вид:
(6)
a)
b)
Схема очага деформации при продольной прокатке (a) и напряжения (b), действующие на слой б.м. толщины.

Семинар ИКИ РАН «Механика, Управление и Информатика» Москва 2005

Слайд 6

Полуаналитический метод конечных элементов
Таким образом, трехмерное поле скоростей элемента разбивается на

Полуаналитический метод конечных элементов Таким образом, трехмерное поле скоростей элемента разбивается на
две составляющие. Поле скоростей в сечении, перпендикулярном направлению прокатки, получается из конечно-элементной аппроксимации. Компонента скорости в направлении прокатки, вычисляется с помощью итерационной процедуры при поиске константы C. Из исходной объемной задачи для элемента получили обобщенную двумерную задачу, которая может быть решена с использованием метода конечных элементов.
Для построения пространственного напряженно-деформированного состояния, очаг деформации по длине делят на m частей поперечными сечениями, и в каждом сечении при определяют величину .

Семинар ИКИ РАН «Механика, Управление и Информатика» Москва 2005

Слайд 7

Алгоритм решения пространственной задачи для каждого отдельного элемента основан на минимизации функционала:
(7)
Окончательно

Алгоритм решения пространственной задачи для каждого отдельного элемента основан на минимизации функционала:
скорость продольного перемещения частиц в произвольном сечении определяется соотношением: , (8)
где ; - скорость перемещения элемента
на входе в очаг деформации

Семинар ИКИ РАН «Механика, Управление и Информатика» Москва 2005

Слайд 8

Экспериментальная проверка

Для проверки достоверности алгоритмов использованы экспериментальные данные, полученные в опытах по

Экспериментальная проверка Для проверки достоверности алгоритмов использованы экспериментальные данные, полученные в опытах
исследованию напряженного состояния при прокатке в гладких валках, полученные ранее профессором Тарновским И.Я.

Н0 , В0 – начальные ширина и высота полосы;
ВСР - усредненная конечная ширина полосы

Семинар ИКИ РАН «Механика, Управление и Информатика» Москва 2005

Слайд 9

Экспериментальная проверка

Семинар ИКИ РАН «Механика, Управление и Информатика» Москва 2005

Экспериментальная проверка Семинар ИКИ РАН «Механика, Управление и Информатика» Москва 2005

Слайд 10

Проведено сравнение рассмотренной модели с трехмерной моделью прокатки в калибрах J.J.Park и

Проведено сравнение рассмотренной модели с трехмерной моделью прокатки в калибрах J.J.Park и
S.I.Oh, реализованной в программе SHPROL на основе МКЭ.

SHPROL

▲ Распределение интенсивности деформации полосы (овал-квадрат) при установившемся режиме.
◄ Эпюры нормальных напряжений в очаге деформации.

SPLEN

Сравнение 3D и 2.5D моделей

Семинар ИКИ РАН «Механика, Управление и Информатика» Москва 2005

Слайд 11

Экспериментальная проверка результатов расчета показала достаточно высокую точность прогнозов заполняемости калибров при

Экспериментальная проверка результатов расчета показала достаточно высокую точность прогнозов заполняемости калибров при
сортовой прокатке. В лабораторных и промышленных условиях максимальная ошибка величин, характеризующих геометрические параметры полосы при выходе из очага деформации, не превышала 6.4%.
Осевое сечение валков при прокатке полосы
квадратного сечения в овальном калибре:
Система SPLEN позволяет:
- моделировать прокатку в калибрах;
- анализировать и оптимизировать калибровки с целью повышения качества проката и эффективности работы стана.

Семинар ИКИ РАН «Механика, Управление и Информатика» Москва 2005

Слайд 12

При разработке новой промыш-ленной калибровки валков на сортопрокатном стане 320/250 завода «Серп

При разработке новой промыш-ленной калибровки валков на сортопрокатном стане 320/250 завода «Серп
и молот» для прокатки полосовой стали размером 18x36 мм из стали 35, решили провести предваритель-ный анализ на основе имитацион-ного моделирования с помощью вычислительной системы SPLEN .
В соответствии с алгоритмом численного опробования калиб-ровки, поиска и уточнения формы промежуточных калибров, выпол-нили последовательное изменение исходной калибровки и решили задачи имитационного модели-рования.
Технологическая схема апробирования и изменения калибровки.

Семинар ИКИ РАН «Механика, Управление и Информатика» Москва 2005

Слайд 13

Последовательное изменение предчистового калибра

Семинар ИКИ РАН «Механика, Управление и Информатика» Москва 2005

Последовательное изменение предчистового калибра Семинар ИКИ РАН «Механика, Управление и Информатика» Москва 2005

Слайд 14

Последовательное изменение предчистового калибра

Семинар ИКИ РАН «Механика, Управление и Информатика» Москва 2005

Последовательное изменение предчистового калибра Семинар ИКИ РАН «Механика, Управление и Информатика» Москва 2005

Слайд 15

Реализация теоретических разработок
По измененной калибровке была проведена прокатка, в результате которой получили

Реализация теоретических разработок По измененной калибровке была проведена прокатка, в результате которой
полосу, удовлетворяющую всем заданным требованиям. Ошибка в прогнозах геометрии контура темплета при одинаковой настройке стана не превысила 1.5%.
Темплеты готовой полосы, полученные при прокатке по исходной (а) и
измененной (б) калибровкам, а также по новой калибровке при прокатке полос сечением 18 x 36 (в), 20 x 32 (г)
и 16 x 36 mm (д)
a) б)
в) г) д)

Семинар ИКИ РАН «Механика, Управление и Информатика» Москва 2005

Слайд 16

Опытно-промышленное опробование системы SPLEN на действующих калибровках сортовых станов 500, 300-2, 250-1 и проволочного стана 250-2 выполнено

Опытно-промышленное опробование системы SPLEN на действующих калибровках сортовых станов 500, 300-2, 250-1
в калибровочном бюро Магнитогорского металлургического комбината. Специалисты комбината сделали заключение, что полученные результаты обладают высокой степенью достоверности, а графические возможности представления результатов расчетов удобны при эксплуатации.

Опытно-промышленное опробование системы SPLEN на действующих калибровках сортовых станов 500, 300-2, 250-1 и проволочного стана 250-2 выполнено в калибровочном бюро Магнитогорского металлургического комбината. Специалисты комбината сделали заключение, что полученные результаты обладают высокой степенью достоверности, а графические возможности представления результатов расчетов удобны при эксплуатации.

Семинар ИКИ РАН «Механика, Управление и Информатика» Москва 2005

Слайд 17

Выводы

Разработана математическая модель и алгоритмы, позволяющие осуществлять имитационное моделирование установившегося процесса прокатки

Выводы Разработана математическая модель и алгоритмы, позволяющие осуществлять имитационное моделирование установившегося процесса
в калибрах.

На основе вышеизложенной методики ведутся работы по созданию промышленной сервисной системы моделирования и оптимизации технологических процессов прокатки в калибрах.

Быстродействие разработанных систем на порядки превосходит быстродействие существующих алгоритмов пространственного моделирования в калибрах, что является важным преимуществом при решении задач оптимизации.

Семинар ИКИ РАН «Механика, Управление и Информатика» Москва 2005

Имя файла: Применение-конечно-элементного-анализак-прокатке-в-калибрах.pptx
Количество просмотров: 126
Количество скачиваний: 0