本文關(guān)鍵詞：寬幅鋁合金板熱連軋熱力耦合數(shù)值模擬與乳化液傳熱實驗研究

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【摘要】：鋁合金熱連軋是目前鋁板帶生產(chǎn)的主要方法,利用熱連軋的方法可以生產(chǎn)出高質(zhì)量的板帶產(chǎn)品。在鋁板熱連軋過程中,鋁板溫度、應(yīng)力等參數(shù)的控制很重要,特別是寬幅鋁板帶,由于其寬度方向尺寸很大,因此沿寬度方向上的溫度、應(yīng)力的分布容易不均勻,而溫度、應(yīng)力應(yīng)變的不均勻分布又直接影響軋后板帶的表面質(zhì)量及力學(xué)性能。鋁板熱連軋過程中乳化液冷卻是影響鋁板溫度場的重要因素之一,目前關(guān)于鋁板熱連軋數(shù)值模擬研究中對乳化液傳熱邊界的處理過于簡單,與實際鋁板熱軋中乳化液傳熱過程不符,導(dǎo)致數(shù)學(xué)模型不夠準確,降低了模擬結(jié)果的精度。針對上述鋁板軋制中所存在的問題,本文發(fā)展了一種新的寬幅鋁板熱連軋熱力耦合數(shù)學(xué)模型,該模型中軋件表面設(shè)立了一個隨軋件與軋輥接觸面移動的邊界條件表示乳化液冷卻傳熱,采用實驗的方法得出乳化液與軋件之間的冷卻傳熱系數(shù),通過數(shù)值模擬的方法對幅寬2 7 0 0 m m(坯料寬度)鋁合金板“1+4”熱連軋全流程過程及乳化液噴射量對軋件溫度、應(yīng)力應(yīng)變的影響進行了研究。主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下:①以幅寬2 7 0 0 m m超大規(guī)格鋁板“1+4”熱連軋過程為研究對象,發(fā)展了一種新的寬幅鋁板熱連軋熱力耦合數(shù)學(xué)模型。在該模型中軋件表面設(shè)立了一個隨軋件與軋輥接觸面移動的邊界條件表示乳化液冷卻傳熱,實現(xiàn)了乳化液對軋件的傳熱邊界條件準確的描述,模型中對乳化液傳熱邊界的處理更符合實際軋制過程,提高了模型的準確性。②在發(fā)展的新的模型中,乳化液傳對軋件傳熱邊界中的傳熱系數(shù)通過實驗的方法獲得。為此,根據(jù)一維非穩(wěn)態(tài)傳熱原理設(shè)計了乳化液傳熱系數(shù)測試實驗平臺,并利用傳熱學(xué)原理對加熱系統(tǒng)進行了熱平衡計算,最后根據(jù)設(shè)計的方案制作了乳化液與鋁板傳熱系數(shù)測試實驗平臺。③利用自行設(shè)計制作的實驗平臺對乳化液傳熱特性進行了實驗研究。根據(jù)反向傳熱算法計算獲得了在不同噴射量的條件下乳化液對鋁板冷卻傳熱系數(shù),為模型中乳化液傳熱邊界提供了乳化液冷卻傳熱系數(shù)基礎(chǔ)參數(shù)。④利用發(fā)展的寬幅鋁板熱連軋三維熱力耦合數(shù)學(xué)模型,對寬幅鋁板熱連軋全流程中軋件溫度、應(yīng)力應(yīng)變進行了數(shù)值模擬研究,研究結(jié)果表明:在寬度方向上,表面節(jié)點與中心節(jié)點的溫度場呈先增大后減小的趨勢,從第1 3到第1 5道次,軋件橫向表面邊緣與中心的溫度差最大達到4 4℃。寬度方向上應(yīng)力分布不均勻,寬度邊緣的應(yīng)力大于其它節(jié)點的應(yīng)力,第一道次軋制中,中心與邊緣節(jié)點的應(yīng)力差在1 3 M p a左右,第九道次軋制中,中心與邊緣節(jié)點應(yīng)力差在6 M p a左右;應(yīng)力隨著軋制的進行逐漸深入到軋件厚度中心,其在長度方向分布的不均勻性較大,寬度方向的波動幅度較小。⑤利用發(fā)展的寬幅鋁板熱連軋三維熱力耦合數(shù)學(xué)模型,在不同乳化液噴射量的條件下對寬幅鋁板熱連軋全流程中軋件溫度、應(yīng)力應(yīng)變進行了數(shù)值模擬研究。研究結(jié)果表明:乳化液噴射量越大,每個道次軋制時表面溫降越大,橫向溫度降低得越多,當乳化液噴射量為1 3 5 0()2m/n Lmi?時,軋件在第十道次的溫降最大,溫降值為1 1 0℃左右;軋制應(yīng)力隨乳化液噴射量的增大而增大,在第1道次中,當乳化液噴射量從9 5 0()2m/n Lmi?增大到1 3 5 0()2m/n Lmi?時,軋件應(yīng)力從7 2.9 M p a增加到7 5.5 M p a;寬度方向上邊緣表面節(jié)點應(yīng)變增加速度變大,乳化液噴射量越大軋件應(yīng)變減小,產(chǎn)生的變形程度降低。
【關(guān)鍵詞】：寬幅鋁合金 乳化液 傳熱 熱連軋 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG335.11
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 1 緒論9-17
• 1.1 課題的提出9-10
• 1.2 國內(nèi)外鋁板帶溫度場、應(yīng)變場研究現(xiàn)狀10-14
• 1.3 研究的目的及內(nèi)容14-15
• 1.4 課題的學(xué)術(shù)及實際意義15-17
• 2 鋁合金熱連軋過程熱力耦合數(shù)學(xué)模型17-35
• 2.1 數(shù)值模擬方法17-18
• 2.1.1 有限元法簡介17-18
• 2.1.2 有限元法的求解步驟18
• 2.2 DEFORM軟 件介紹18-20
• 2.3 熱連軋數(shù)值模擬基本理論20-21
• 2.3.1 熱連軋過程中軋件熱傳導(dǎo)基本方程20
• 2.3.2 熱連軋過程中熱力耦合分析20-21
• 2.4 幾何模型和網(wǎng)格劃分21-23
• 2.5 數(shù)學(xué)模型基本假設(shè)23
• 2.6 鋁合金軋件的物性參數(shù)23-24
• 2.7 邊界條件和初始條件的定義24-31
• 2.7.1 初始條件25
• 2.7.2 邊界條件25-28
• 2.7.3 軋件與乳化液接觸換熱邊界條件28-31
• 2.8 軋件咬入的實現(xiàn)31-32
• 2.9 網(wǎng)格的重劃分32
• 2.10 本章小結(jié)32-35
• 3 乳化液冷卻傳熱系數(shù)的實驗研究35-51
• 3.1 乳化液傳熱系數(shù)計算原理36-37
• 3.2 乳化液于軋件冷卻傳熱系數(shù)實驗平臺設(shè)計與制作37-48
• 3.2.1 乳化液傳熱系數(shù)測定實驗加熱系統(tǒng)設(shè)計及熱平衡計算38-44
• 3.2.2 乳化液傳熱系數(shù)測定實驗冷卻系統(tǒng)44-45
• 3.2.3 乳化液傳熱系數(shù)測定實驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)45
• 3.2.4 乳化液傳熱系數(shù)測定實驗平臺的制作45-48
• 3.3 乳化液冷卻傳熱系數(shù)測定實驗的方法48
• 3.4 實驗結(jié)果與分析48-49
• 3.5 本章小結(jié)49-51
• 4 寬幅鋁板熱連軋全流程數(shù)值模擬51-73
• 4.1 寬幅鋁合金板帶熱軋工藝參數(shù)51-52
• 4.2 寬幅鋁板熱連軋溫度分布52-62
• 4.2.1 軋前軋件溫度場52-55
• 4.2.2 軋制過程各道次軋件溫度場55-62
• 4.3 寬幅鋁板熱連軋應(yīng)力場62-67
• 4.4 寬幅鋁板連軋應(yīng)變場67-70
• 4.5 本章小結(jié)70-73
• 5 乳化液噴射量對寬幅鋁板熱連軋過程的影響73-85
• 5.1 乳化液噴射量對寬幅鋁板熱連軋溫度場的影響73-77
• 5.2 乳化液噴射量對寬幅鋁板熱連軋應(yīng)力場的影響77-80
• 5.3 乳化液噴射量對寬幅鋁板熱連軋應(yīng)變場的影響80-83
• 5.4 本章小結(jié)83-85
• 6 結(jié)論85-87
• 致謝87-89
• 參考文獻89-93
• 附錄 作者在攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文目錄93

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