型材轧制模拟系统的研究

论文摘要

型材生产历史悠久,品种、规格繁多,用途广泛,在轧制生产中占有非常重要的比例,目前社会多样化需求和市场竞争对型材生产提出了越来越多的要求,借助现代数值方法和计算机技术,开发具有完善的前后处理功能的型材轧制工艺分析软件,研究型材轧制中的金属变形规律和轧制力能参数,对于改善轧制工艺,提高产品品质以及降低生产成本都具有十分重要的意义。本文回顾了型材生产发展和有限元法以及前后处理程序的研究进展。基于刚塑性有限元法,建立了型材轧制数值模拟系统。以VisualC++为平台,编制了有限元前后处理程序,并采用三维实体造型计算机图形技术中的标准语言OpenGL（Open Graphic Library）,对前后处理程序进行了完善,开发了型材轧制模拟仿真软件。前处理模块可以方便的输入轧件尺寸、孔型尺寸以及温度条件等轧制条件,以进行有限元计算。在原有的孔型系统的基础之上,添加了轧制工字钢、H型钢以及等边角钢的孔型系统,使原有的孔型系统更加完善;并且在原有的网格划分方法的基础之上又添加了网格重划分的功能,使该软件的适用性更强。后处理模块可以快速的查看计算出的应力、应变、以及轧制力和轧制力矩等结果。借助OpenGL的三维显示技术,可以直观清晰的看到有限元网格的变形情况,以及各种场量的分布云图。为了使软件使用更加方便,将三维的云图显示界面改动后和后处理界面连接在了一起,这样软件使用更加方便,可视化更强。为了验证软件的正确性和可靠性,对马钢H型钢轧制过程进行了模拟,并对大量的数据进行了比较和分析,试验显示所开发的型材轧制模拟软件界面清晰友好,操作简单方便,具有较好的实用性和通用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 型钢概况
• 1.1.1 型钢生产品种
• 1.1.2 型钢生产特点
• 1.1.3 型钢生产的发展趋势
• 1.2 有限元法概况
• 1.2.1 有限元法的发展
• 1.2.2 有限元前后处理技术
• 1.3 轧制过程有限元模拟的方法
• 1.4 本课题的研究背景和意义
• 1.4.1 轧制过程有限元模拟的发展
• 1.4.2 轧制过程模拟仿真的发展趋势
• 1.4.3 本课题的意义
• 1.5 本文的主要研究内容
• 第2章 模拟系统开发基础
• 2.1 刚塑性有限元法求解理论基础
• 2.1.1 刚塑性材料模型
• 2.1.2 刚塑性有限元的基本原理
• 2.1.3 刚塑性有限元法的求解途径
• 2.1.4 刚塑性有限元法的基本假设
• 2.1.5 刚塑性有限元法的基本公式
• 2.2 OpenGL 简介
• 2.2.1 OpenGL 的基本功能
• 2.2.2 OpenGL 程序的基本结构
• 2.2.3 OpenGL 函数库
• 2.3 本章小结
• 第 3 章 型材轧制模拟系统结构
• 3.1 工程操作界面
• 3.1.1 界面组成部分及功能简介
• 3.1.2 程序主要内容
• 3.1.3 操作步骤
• 3.2 数据输入和计算程序
• 3.2.1 界面组成部分及功能简介
• 3.2.2 程序主要内容
• 3.2.3 主要输入窗口的功能与操作
• 3.2.4 异形孔型尺寸输入界面
• 3.2.5 网格重划分界面
• 3.3 工程的结果表示
• 3.4 有限元后处理模块
• 3.4.1 基本步骤
• 3.4.2 程序功能简介
• 3.4.3 网格划分数目输入界面
• 3.5 本章小结
• 第4章 H 型钢轧制模拟系统的应用
• 4.1 孔型系统以及主要参数
• 4.2 坯料、材质与模拟设置
• 4.3 轧制过程模拟分析
• 4.3.1 变形分析
• 4.3.2 力能参数分析
• 4.3.3 场量分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介