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大尺度圆钢论文：孔型系统有限元方法数值模拟疏松压实孔洞闭合夹杂物演变【提示】本文仅提供摘要、关键词、篇名、目录等题录内容。为中国学术资源库知识代理，不涉版权。作者如有疑义，请联系版权单位或学校。【摘要】大尺度圆钢作为重要的结构长材，一直被广泛应用于重型设备、冶金机械、桥梁建筑等重要行业，主要作为轴类零件及拉杆类零件等，承受复杂重载，对其机械性能及内部质量有很高的要求。然而，大规格合金连铸坯芯部普遍存在疏松、孔洞、非金属夹杂物等冶金铸态缺陷，为满足工业对大尺度圆钢内部质量和性能的苛刻要求，对轧制工艺提出了更高的要求。本文在国家自然科学基金项目(51005197)资助下，开展了大尺度圆钢热轧缺陷控制数值模拟研究，研究大型连铸坯内部疏松、缩孔、夹杂物等缺陷在热轧过程中的形态演变和消除机理，对轧制工艺的合理制定具有理论指导价值。以大尺度圆钢热连轧机组为研究对象，利用VB编制了一套大圆钢计算机辅助孔型设计系统(ComputerAidedRollPassDesignforRoundBar,简称RB-CARD)软件，实现孔型结构参数、工艺参数、力能参数等参数的解析计算和轧制模拟，以此为基础，通过DEFORM二次开发，实现了热轧变形过程分析有限元模型的参数化建模。为研究大型连铸坯芯部疏松缺陷在热轧过程的致密压实规律，本文将疏松体视为多孔可压缩材料，采用体积可压缩的刚塑性有限元方法，建立了42CrMo合金连铸坯芯部疏松轧制致密压实过程的三维非线性有限元模型，通过变参数数值模拟，探究不同工艺参数对芯部疏松压实效果的影响规律，提出采用连轧过程机架间负张力轧制工艺，解决疏松缺陷的有效致密压实问题，并根据模拟结果，分析了张力值对疏松缺陷致密压实效果和轧制力的影响，以及进行负张力轧制的可行性，为优化轧制工艺参数奠定了基础。根据连铸坯内部非金属夹杂物的物理特征，将其分为塑性夹杂物和硬质夹杂物两大类，对热轧变形过程中塑性夹杂物的协调变形机理和硬质夹杂物引起的孔洞裂纹等缺陷进行了数值模拟分析研究。在矩形连铸坯芯部预置入球形孔洞，用以模拟铸坯内部孔洞型缺陷，通过有限元数值模拟，研究大尺度圆钢热轧过程孔洞缺陷的三维闭合形态演变过程及其对周围基体的影响，结合孔洞三维尺寸定量分析了孔洞闭合程度。并在燕山大学轧钢实验室五机架连轧机组上，以铅作为工件材料，开展了圆钢内部孔洞轧制闭合过程的物理模拟实验，对有限元模拟结果进行了对比验证。【关键词】大尺度圆钢；孔型系统；有限元方法；数值模拟；疏松压实；孔洞闭合；夹杂物演变；【篇名】大尺度圆钢热轧成型缺陷控制数值模拟研究【目录】大尺度圆钢热轧成型缺陷控制数值模拟研究摘要5-6ABSTRACT6-7第1章绪论11-191.1课题的研究背景11-121.2计算机辅助孔型系统设计概述12-131.3大圆钢高温轧制成型缺陷控制综述13-171.3.1疏松缺陷致密研究概述14-151.3.2孔洞缺陷愈合研究概述151.3.3非金属夹杂物研究概述15-161.3.4数值模拟仿真的应用16-171.4课题来源及主要研究内容17-191.4.1课题来源171.4.2主要研究内容17-19第2章大圆钢计算机辅助孔型系统设计19-472.1基于VB的RB-CARD实现方法19-212.1.1基于VB的RB-CARD组成19-202.1.2RB-CARD程序框图20-212.2基于VB的RB-CARD系统功能简介21-432.2.1参数输入21-232.2.2孔型系统的制定23-242.2.3精轧孔孔型设计24-272.2.4延伸孔型设计27-312.2.5参数校核31-352.2.6数据查询与参数报表35-392.2.7有限元参数化建模39-432.3基于三维数值模拟仿真的孔型合理性验证43-452.3.1孔型成型验证43-442.3.2轧制力和轧制力矩的验证44-452.4本章小结45-47第3章大圆钢芯部疏松压实过程数值模拟47-713.1疏松缺陷的变形特征和基本假设47-483.2多孔可压缩材料塑性理论48-533.2.1屈服准则48-493.2.2本构关系49-513.2.3多孔可压缩材料的刚塑性有限元法51-533.3疏松压实过程有限元建模53-553.3.1初始条件的设定53-543.3.2边界条件的设定54-553.4疏松缺陷压实变参数仿真分析55-693.4.1轧制温度对疏松压实的影响56-573.4.2张力对疏松压实的影响57-663.4.3孔型拓扑结构对疏松压实的影响66-693.5本章小结69-71第4章孔洞轧制愈合及夹杂变形分析研究71-914.1孔洞闭合演变过程仿真分析71-794.1.1有限元建模71-724.1.2孔洞闭合演变过程72-734.1.3孔洞形状三维闭合演变及闭合程度的定量描述73-754.1.4孔洞缺陷对基体变形的影响75-774.1.5不同尺寸的孔洞对闭合的影响77-784.1.6孔型拓扑结构对孔洞闭合效果的影响78-794.2孔隙愈合79-804.3非金属夹杂缺陷演变过程分析80-894.3.1夹杂物的变形能力814.3.2有限元模型81-834.3.3含塑性夹杂演变过程分析83-864.3.4含硬质夹杂演变过程分析86-884.3.5不同夹杂成分对成品性能的影响88-894.4本章小结89-91第5章圆钢内部孔洞轧制变形实验91-995.1实验轧机孔型系统及轧制工艺参数确定91-935.1.1孔型参数的测量91-925.1.2轧制工艺的制定92-935.2有限元轧制模型建立93-945.2.1模型的建立935.2.2模拟条件93-945.3实验验证94-955.4实验与有限元结果对比分析95-985.4.1几何外形分析95-965.4.2几何尺寸分析96-985.5本章小结98-99结论99-101参考文献101-107攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果107-109致谢109-111作者简介111