CN104820729A - 钢轨全轧程仿真分析的温度继承方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钢轨全轧程仿真分析的温度继承方法，涉及钢轨轧制生产技术领域，提供一种能够将模型重构前轧件温度继承到重构后模型上的温度继承方法。钢轨全轧程仿真分析的温度继承方法包括如下步骤：A、将前一道次稳定轧制阶段轧件重构为第一重构轧件；B、将稳定轧制阶段轧件各节点上的温度加载至轧件原始坯料对应节点；C、将轧件原始坯料上各节点的X、Y坐标用稳定轧制阶段轧件中间层上的对应节点的X、Y坐标替代生成带温度的过渡轧件；D、将第一重构轧件和过渡轧件进行移动重合，并读出第一重构轧件的节点、单元信息，生成第二重构轧件；E、将过渡轧件上各节点的温度映射到第二重构轧件上。本发明能够提高钢轨全轧程仿真分析精度。

Description

钢轨全轧程仿真分析的温度继承方法

技术领域

本发明涉及钢轨的轧制生产技术领域，尤其涉及一种钢轨全轧程仿真分析的温度继承方法。

背景技术

作为轧件初始温度的施加，可以认为在轧件出炉时，为温度分布均匀。这样一来，给予轧件统一的温度。而在中间道次的计算过程中，却不能只是考虑统一温度，需要将上一个道次的温度继承下来。

钢材轧制全轧程三维热力耦合数值模拟过程中，由于轧制道次过多、压下量较大等原因，初始网格在经过几个道次轧制后会发生严重畸变，这将直接影响到数值模拟的精度，甚至会导致数值模拟过程不能顺利进行。因此，在适当时候需要对轧件进行模型重构。但网格重构后，只是保留了上道次的形状，而温度、应力等热力参数没有保存下来，而导致数据丢失，这将影响钢轨全轧程仿真分析的精度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种钢轨全轧程仿真分析中，能够将模型重构前的轧件温度继承到重构后的模型上的钢轨全轧程仿真分析的温度继承方法。

为解决上述问题采用的技术方案是：钢轨全轧程仿真分析的温度继承方法包括如下步骤：

A、钢轨全轧程仿真分析中，当出现轧件网格畸变严重的剧烈变形时，进行轧件重构；轧件重构具体为：提取前一道次稳定轧制阶段轧件的断面，导出此轧件断面的边界节点坐标，然后由这些边界节点坐标重新生成轧件断面，并进行新的网格划分，最后将网格沿着轧件长度方向进行拉伸，由此构建出第一重构轧件的有限元模型；

第一重构轧件与轧件原始坯料长度相等；第一重构轧件与轧件原始坯料的每一片层的长度相等；第一重构轧件各节点的编号顺序与轧件原始坯料的节点编号顺序相同；

B、将稳定轧制阶段轧件各节点上的温度加载至轧件原始坯料对应节点；

C、将轧件原始坯料上各节点的X、Y坐标用稳定轧制阶段轧件中间层上的对应节点的X、Y坐标替代；替代完成后生成带温度的重构前的过渡轧件；

D、将第一重构轧件和过渡轧件通过LS-PREPOST进行移动重合，而后读出第一重构轧件的节点、单元信息，生成第二重构轧件；

E、第一重构轧件与过渡轧件重合后***轮廓与长度完全重叠，但每一层上的节点数量和位置由于网格进行了重构而无法一致，因此过渡轧件上各节点的温度不能直接加载到第二重构轧件上，应进行温度映射；温度映射具体为：以第二重构轧件上的节点为中心，以一定半径范围内节点上的温度为映射点进行温度映射，将过渡轧件上各节点的温度映射到第二重构轧件上；半径大小要求不小于稳定轧制阶段轧件的网格最大边长并且小于2倍稳定轧制阶段轧件的网格最大边长；温度映射采用的公式为：

T＝(T1×L1+T2×L2+…+Tn×Ln)/(L1+L2+…+Ln)；

公式中：T为第二重构轧件节点的温度；

T1、T2、…Tn分别为第二重构轧件上节点与过渡轧件上一定半径范围内的第1、第2、…第N个节点上的温度；

L1、L2、…Ln分别为第二重构轧件上节点与过渡轧件上一定半径范围内的第1、第2、…第N个节点的直线距离。

本发明的有益效果是：提供了一种钢轨全轧程仿真分析中，能够将模型重构前的轧件温度继承到重构后的模型上的温度继承方法，使得轧件重构后温度数据得以保存，提高了钢轨全轧程仿真分析的精度。

附图说明

图1是轧件网格重构与温度映射方法示意图；

图2是轧件网格重构及温度映射前后温度场对比图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步说明。

钢轨全轧程仿真分析的温度继承方法包括如下步骤：

A、钢轨全轧程仿真分析中，当出现轧件网格畸变严重的剧烈变形时，进行轧件重构；轧件重构具体为：提取前一道次稳定轧制阶段轧件的断面，导出此轧件断面的边界节点坐标，然后由这些边界节点坐标重新生成轧件断面，并进行新的网格划分，最后将网格沿着轧件长度方向进行拉伸，由此构建出第一重构轧件的有限元模型；

第一重构轧件与轧件原始坯料长度相等；第一重构轧件与轧件原始坯料的每一片层的长度相等；第一重构轧件各节点的编号顺序与轧件原始坯料的节点编号顺序相同；

B、将稳定轧制阶段轧件各节点上的温度加载至轧件原始坯料对应节点；

C、将轧件原始坯料上各节点的X、Y坐标用稳定轧制阶段轧件中间层上的对应节点的X、Y坐标替代；替代完成后生成带温度的重构前的过渡轧件；

D、将第一重构轧件和过渡轧件通过LS-PREPOST进行移动重合，而后读出第一重构轧件的节点、单元信息，生成第二重构轧件；

E、第一重构轧件与过渡轧件重合后***轮廓与长度完全重叠，但每一层上的节点数量和位置由于网格进行了重构而无法一致，因此过渡轧件上各节点的温度不能直接加载到第二重构轧件上，应进行温度映射；温度映射具体为：以第二重构轧件上的节点为中心，以一定半径范围内节点上的温度为映射点进行温度映射，将过渡轧件上各节点的温度映射到第二重构轧件上；半径大小要求不小于稳定轧制阶段轧件的网格最大边长并且小于2倍稳定轧制阶段轧件的网格最大边长；温度映射采用的公式为：

T＝(T1×L1+T2×L2+…+Tn×Ln)/(L1+L2+…+Ln)；

公式中：T为第二重构轧件节点的温度；

T1、T2、…Tn分别为第二重构轧件上节点与过渡轧件上一定半径范围内的第1、第2、…第N个节点上的温度；

L1、L2、…Ln分别为第二重构轧件上节点与过渡轧件上一定半径范围内的第1、第2、…第N个节点的直线距离。

上述钢轨全轧程仿真分析的温度继承方法可以在ANSYS软件环境下进行，还需调用LS-PREPOST软件。ANSYS软件是美国ANSYS公司研制的大型通用有限元分析(FEA)软件，是世界范围内增长最快的计算机辅助工程(CAE)软件。LS-PREPOST是LSTC公司最新的前后处理软件。在1999年，LSTC发行了它的最初版本--LSPOST，它能够提供快速的后处理功能，并能显示LS-DYNA的模拟结果和历史变量。作为最新版本，因为拥有大量的前处理功能，LSPREPOST成为了为LSDYNA了配套的专用的前后处理软件。LS-PREPOST能够读进和写出LS-DYNA的关键词和拥有快速的显示功能来帮助用户来诊断有限元模型。通过数据链，它能够无间隙地，迅速地找到参考实体的相应的话关键词。通过支持SUB-SYSTEMS，它能方便地提供多模型功能。另外，包含文件能方便文件读写。LS-PREPOST能让用户创造一些LS-DYNA的数据，如坐标***、单点约束、刚体墙、约束结点集、焊点、初始速度、安全带的加速度仪及数据集。其它的一些主要功能包括：安全带折叠、乘车人定位、头部撞击的设置、材料库、模型检查和修理、实体重新编号、显示参考实体及通用实体选择器等等。

因坯料模型、各节点温度等信息，都可以保存在一个可以记事本打开的后缀为K的文件中，步骤B(将稳定轧制阶段轧件各节点上的温度加载至轧件原始坯料对应节点)可以通过直接拷贝加载的方式实现，步骤C(将轧件原始坯料上各节点的X、Y坐标用稳定轧制阶段轧件中间层上的对应节点的X、Y坐标替代；替代完成后生成带温度的重构前的过渡轧件)可以通过在K文件中直接复制替换的方式实现。

某次钢轨全轧程仿真分析过程中产生的部分文件如下：

轧件原始坯料K文件部分内容：

      

      

轧后料结构K文件部分内容：

      

      

轧后料温度K文件部分内容：

      

      

利用本专利所介绍的方法对轧后料结构进行排序后的文件：

      

      

利用本专利所介绍的方法对轧后料温度进行排序后的文件：

      

      。

Claims (1)

1.钢轨全轧程仿真分析的温度继承方法，其特征在于：包括如下步骤：

A、钢轨全轧程仿真分析中，当出现轧件网格畸变严重的剧烈变形时，进行轧件重构；轧件重构具体为：提取前一道次稳定轧制阶段轧件的断面，导出此轧件断面的边界节点坐标，然后由这些边界节点坐标重新生成轧件断面，并进行新的网格划分，最后将网格沿着轧件长度方向进行拉伸，由此构建出第一重构轧件的有限元模型；

第一重构轧件与轧件原始坯料长度相等；第一重构轧件与轧件原始坯料的每一片层的长度相等；第一重构轧件各节点的编号顺序与轧件原始坯料的节点编号顺序相同；

B、将稳定轧制阶段轧件各节点上的温度加载至轧件原始坯料对应节点；

C、将轧件原始坯料上各节点的X、Y坐标用稳定轧制阶段轧件中间层上的对应节点的X、Y坐标替代；替代完成后生成带温度的重构前的过渡轧件；

D、将第一重构轧件和过渡轧件通过LS-PREPOST进行移动重合，而后读出第一重构轧件的节点、单元信息，生成第二重构轧件；

E、第一重构轧件与过渡轧件重合后***轮廓与长度完全重叠，但每一层上的节点数量和位置由于网格进行了重构而无法一致，因此过渡轧件上各节点的温度不能直接加载到第二重构轧件上，应进行温度映射；温度映射具体为：以第二重构轧件上的节点为中心，以一定半径范围内节点上的温度为映射点进行温度映射，将过渡轧件上各节点的温度映射到第二重构轧件上；半径大小要求不小于稳定轧制阶段轧件的网格最大边长并且小于2倍稳定轧制阶段轧件的网格最大边长；温度映射采用的公式为：

T＝(T1×L1+T2×L2+…+Tn×Ln)/(L1+L2+…+Ln)；

公式中：T为第二重构轧件节点的温度；

T1、T2、…Tn分别为第二重构轧件上节点与过渡轧件上一定半径范围内的第1、第2、…第N个节点上的温度；

L1、L2、…Ln分别为第二重构轧件上节点与过渡轧件上一定半径范围内的第1、第2、…第N个节点的直线距离。