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1绪论1

1.1研究背景及问题的提出1

1.1.1研究背景1

1.1.2问题的提出2

1.2国内外主要研究状况及综合评述3

1.2.1钢管张力减径原理研究现状3

1.2.2钢管张力减径有限元法研究现状6

1.2.3热力耦合分析研究进展12

1.2.4热变形过程微观组织预报模型的研究现状13

1.2.5综合评述17

1.3研究意义和研究内容19

1.3.1研究意义19

1.3.2主要研究内容20

参考文献21

2虚拟仿真系统开发的基本理论28

2.1刚塑性有限元基本方程28

2.1.1基本假设29

2.1.2刚塑性力学基本方程29

2.2轧制过程中的热传导方程及其定解条件30

2.2.1热传导方程30

2.2.2初始条件和边界条件31

2.2.3轧制过程变形和传热问题的变分原理32

2.3三维刚塑性有限元求解列式34

2.3.1三维八节点六面体等参元34

2.3.2单元应变速率矩阵36

2.3.3单元刚度方程39

2.3.4线性化处理40

2.4导热问题的三维有限元求解列式42

2.4.1单元划分和温度场的离散42

2.4.2非稳态温度场的单元变分计算42

2.4.3传热问题有限元法的总体合成44

2.4.4非稳态温度场求解的时间差分格式45

2.5热力耦合迭代法47

参考文献49

3无缝钢管虚拟仿真系统开发的技术处理50

3.1刚塑性有限元初始速度场的自动生成50

3.2刚塑性区的处理51

3.3轧辊孔型曲面形状的几何描述52

3.4无缝钢管减径变形过程的描述54

3.5轧制区边界条件的动态处理55

3.5.1无缝钢管节点坐标迭代更新55

3.5.2接触状态的判断及接触节点位置的修正56

3.5.3接触节点脱离接触的判断58

3.5.4接触节点速度约束条件的施加58

3.6曲面摩擦条件的处理60

3.7约束边界条件的处理63

3.7.1直边界约束条件的处理63

3.7.2斜边界约束条件的处理64

3.8收敛性研究65

3.8.1减速因子的确定65

3.8.2收敛准则66

参考文献67

4无缝钢管减径热力耦合模型的建立和边界条件处理68

4.1无缝钢管减径热力耦合模型的建立68

4.2无缝钢管减径热力耦合模型张力系数的确定70

4.2.1平均张力系数的确定70

4.2.2张力系数在连轧机上的分布71

4.3无缝钢管轧制有限元模型的建立72

4.3.1轧制变形区有限元模型72

4.3.2传热区有限元模型73

4.4无缝钢管张力减径传热边界的处理75

4.4.1无缝钢管与轧辊接触传热边界75

4.4.2空冷及辐射换热边界76

4.5接触摩擦78

参考文献78

5无缝钢管减径过程奥氏体组织演变模型79

5.1无缝钢管减径过程微观组织的演变形式79

5.1.1无缝钢管减径过程动态再结晶79

5.1.2无缝钢管减径过程静态再结晶和晶粒长大81

5.2无缝钢管减径过程中奥氏体再结晶和晶粒长大模型82

5.2.1动态再结晶模型82

5.2.2静态再结晶模型、亚动态再结晶模型83

5.2.3晶粒长大模型85

5.3无缝钢管减径过程中平均晶粒度与残余等效应变85

5.4奥氏体晶粒演变模型验证与计算流程86

5.4.1奥氏体晶粒演变模型验证86

5.4.2奥氏体晶粒演变计算流程86

5.5无缝钢管减径过程变形抗力的数学模型88

参考文献91

6无缝钢管虚拟仿真集成系统的开发92

6.1集成系统的流程和功能92

6.2前处理系统的开发93

6.2.1无缝钢管网格数据及材料物性参数准备93

6.2.2控制数据的设定94

6.2.3轧制工艺及孔型参数的设定95

6.3后处理系统的开发99

参考文献101

7集成系统验证与无缝钢管减径过程模拟预报102

7.1无缝钢管减径过程的模拟结果与实验结果对比验证102

7.1.1某钢厂三辊张力减径过程模拟结果与实测结果对比102

7.1.2某钢厂三辊微张力减径过程模拟结果与实测结果对比108

7.1.3某钢厂二辊无张力减径过程模拟结果与实测结果对比112

7.2无缝钢管减径过程的模拟结果117

7.2.1无缝钢管减径过程的金属流动模拟结果118

7.2.2无缝钢管减径过程的温度变化模拟结果120

7.2.3无缝钢管减径过程的应变模拟结果121

7.2.4无缝钢管减径过程的奥氏体再结晶模拟结果121

7.2.5无缝钢管减径过程的轧制力模拟结果123

7.3无缝钢管减径预报系统在某钢厂产品优化中的应用123

7.4无缝钢管表面青线形成机理的模拟研究125

参考文献128