鋼軌全軋程仿真分析的溫度繼承方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及鋼軌的軋制生產技術領域，尤其涉及一種鋼軌全軋程仿真分析的溫度 繼承方法。
【背景技術】
[0002] 作為軋件初始溫度的施加，可以認為在軋件出爐時，為溫度分布均勻。這樣一來， 給予軋件統一的溫度。而在中間道次的計算過程中，卻不能只是考慮統一溫度，需要將上一 個道次的溫度繼承下來。
[0003]鋼材軋制全軋程三維熱力耦合數值模擬過程中，由于軋制道次過多、壓下量較大 等原因，初始網格在經過幾個道次軋制后會發生嚴重畸變，這將直接影響到數值模擬的精 度，甚至會導致數值模擬過程不能順利進行。因此，在適當時候需要對軋件進行模型重構。 但網格重構后，只是保留了上道次的形狀，而溫度、應力等熱力參數沒有保存下來，而導致 數據丟失，這將影響鋼軌全軋程仿真分析的精度。
【發明內容】
[0004] 本發明要解決的技術問題是：提供一種鋼軌全軋程仿真分析中，能夠將模型重構 前的軋件溫度繼承到重構后的模型上的鋼軌全軋程仿真分析的溫度繼承方法。
[0005]為解決上述問題采用的技術方案是：鋼軌全軋程仿真分析的溫度繼承方法包括如 下步驟：
[0006]A、鋼軌全軋程仿真分析中，當出現軋件網格畸變嚴重的劇烈變形時，進行軋件重 構；乳件重構具體為：提取前一道次穩定軋制階段軋件的斷面，導出此軋件斷面的邊界節 點坐標，然后由這些邊界節點坐標重新生成軋件斷面，并進行新的網格劃分，最后將網格沿 著軋件長度方向進行拉伸，由此構建出第一重構軋件的有限元模型；
[0007]第一重構軋件與軋件原始坯料長度相等；第一重構軋件與軋件原始坯料的每一片 層的長度相等；第一重構軋件各節點的編號順序與軋件原始坯料的節點編號順序相同；
[0008]B、將穩定軋制階段軋件各節點上的溫度加載至軋件原始坯料對應節點；
[0009]C、將軋件原始坯料上各節點的X、Y坐標用穩定軋制階段軋件中間層上的對應節 點的X、Y坐標替代；替代完成后生成帶溫度的重構前的過渡軋件；
[0010]D、將第一重構軋件和過渡軋件通過LS-PREP0ST進行移動重合，而后讀出第一重 構軋件的節點、單元信息，生成第二重構軋件；
[0011]E、第一重構軋件與過渡軋件重合后外圍輪廓與長度完全重疊，但每一層上的節點 數量和位置由于網格進行了重構而無法一致，因此過渡軋件上各節點的溫度不能直接加載 到第二重構軋件上，應進行溫度映射；溫度映射具體為：以第二重構軋件上的節點為中心， 以一定半徑范圍內節點上的溫度為映射點進行溫度映射，將過渡軋件上各節點的溫度映射 到第二重構軋件上；半徑大小要求不小于穩定軋制階段軋件的網格最大邊長并且小于2倍 穩定軋制階段軋件的網格最大邊長；溫度映射采用的公式為：
[0012] T= (TlXLl+T2XL2+-+TnXLn)/(Ll+L2+-+Ln)；
[0013] 公式中：T為第二重構軋件節點的溫度；
[0014] T1、T2、…Tn分別為第二重構軋件上節點與過渡軋件上一定半徑范圍內的第1、第 2、…第N個節點上的溫度；
[0015] L1、L2、…Ln分別為第二重構軋件上節點與過渡軋件上一定半徑范圍內的第1、第 2、…第N個節點的直線距離。
[0016] 本發明的有益效果是：提供了一種鋼軌全軋程仿真分析中，能夠將模型重構前的 軋件溫度繼承到重構后的模型上的溫度繼承方法，使得軋件重構后溫度數據得以保存，提 高了鋼軌全軋程仿真分析的精度。
【附圖說明】
[0017] 圖1是軋件網格重構與溫度映射方法示意圖；
[0018] 圖2是軋件網格重構及溫度映射前后溫度場對比圖；
【具體實施方式】
[0019] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明進一步說明。
[0020] 鋼軌全軋程仿真分析的溫度繼承方法包括如下步驟：
[0021] A、鋼軌全軋程仿真分析中，當出現軋件網格畸變嚴重的劇烈變形時，進行軋件重 構；乳件重構具體為：提取前一道次穩定軋制階段軋件的斷面，導出此軋件斷面的邊界節 點坐標，然后由這些邊界節點坐標重新生成軋件斷面，并進行新的網格劃分，最后將網格沿 著軋件長度方向進行拉伸，由此構建出第一重構軋件的有限元模型；
[0022] 第一重構軋件與軋件原始坯料長度相等；第一重構軋件與軋件原始坯料的每一片 層的長度相等；第一重構軋件各節點的編號順序與軋件原始坯料的節點編號順序相同；
[0023] B、將穩定軋制階段軋件各節點上的溫度加載至軋件原始坯料對應節點；
[0024] C、將軋件原始坯料上各節點的X、Y坐標用穩定軋制階段軋件中間層上的對應節 點的X、Y坐標替代；替代完成后生成帶溫度的重構前的過渡軋件；
[0025] D、將第一重構軋件和過渡軋件通過LS-PREP0ST進行移動重合，而后讀出第一重 構軋件的節點、單元信息，生成第二重構軋件；
[0026] E、第一重構軋件與過渡軋件重合后外圍輪廓與長度完全重疊，但每一層上的節點 數量和位置由于網格進行了重構而無法一致，因此過渡軋件上各節點的溫度不能直接加載 到第二重構軋件上，應進行溫度映射；溫度映射具體為：以第二重構軋件上的節點為中心， 以一定半徑范圍內節點上的溫度為映射點進行溫度映射，將過渡軋件上各節點的溫度映射 到第二重構軋件上；半徑大小要求不小于穩定軋制階段軋件的網格最大邊長并且小于2倍 穩定軋制階段軋件的網格最大邊長；溫度映射采用的公式為：
[0027] T= (TlXLl+T2XL2+-+TnXLn)/(Ll+L2+-+Ln)；
[0028] 公式中：T為第二重構軋件節點的溫度；
[0029] T1、T2、…Tn分別為第二重構軋件上節點與過渡軋件上一定半徑范圍內的第1、第 2、…第N個節點上的溫度；
[0030] L1、L2、…Ln分別為第二重構軋件上節點與過渡軋件上一定半徑范圍內的第1、第 2、…第N個節點的直線距離。
[0031] 上述鋼軌全軋程仿真分析的溫度繼承方法可以在ANSYS軟件環境下進行，還需調 用LS-PREP0ST軟件。ANSYS軟件是美國ANSYS公司研制的大型通用有限元分析（FEA)軟 件，是世界范圍內增長最快的計算機輔助工程（CAE)軟件。LS-PREP0ST是LSTC公司最新 的前后處理軟件。在1999年，LSTC發行了它的最初版本一LSP0ST，它能夠提供快速的后處 理功能，并能顯示LS-DYNA的模擬結果和歷史變量。作為最新版本，因為擁有大量的前處理 功能，LSPREP0ST成為了為LSDYNA了配套的專用的前后處理軟件。LS-PREP0ST能夠讀進 和寫出LS-DYNA的關鍵詞和擁有快速的顯示功能來幫助用戶來診斷有限元模型。通過數據 鏈，它能夠無間隙地，迅速地找到參考實體的相應的話關鍵詞。通過支持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讀寫。LS-PREP0ST能讓用戶創造一 些LS-DYNA的數據，如坐標系統、單點約束、剛體墻、約束結點集、焊點、初始速度、安全帶的 加速度儀及數據集。其它的一些主要功能包括：安全帶折疊、乘車人定位、頭部撞擊的設置、 材料庫、模型檢查和修理、實體重新編號、顯示參考實體及通用實體選擇器等等。
[0032] 因坯料模型、各節點溫度等信息，都可以保存在一個可以記事本打開的后綴為K 的文件中，步驟B(將穩定軋制階段軋件各節點上的溫度加載至軋件原始坯料對應節點）可 以通過直接拷貝加載的方式實現，步驟C(將軋件原始坯料上各節點的X、Y坐標用穩定軋制 階段軋件中間層上的對應節點的X、Y坐標替代；替代完成后生成帶溫度的重構前的過渡軋 件）可以通過在K文件中直接復制替換的方式實現。
[0033] 某次鋼軌全軋程仿真分析過程中產生的部分文件如下：
[0034] 軋件原始坯料K文件部分內容：
【主權項】
1.鋼軌全軋程仿真分析的溫度繼承方法，其特征在于：包括如下步驟： A、 鋼軌全軋程仿真分析中，當出現軋件網格畸變嚴重的劇烈變形時，進行軋件重構；乳 件重構具體為：提取前一道次穩定軋制階段軋件的斷面，導出此軋件斷面的邊界節點坐標， 然后由這些邊界節點坐標重新生成軋件斷面，并進行新的網格劃分，最后將網格沿著軋件 長度方向進行拉伸，由此構建出第一重構軋件的有限元模型； 第一重構軋件與軋件原始坯料長度相等；第一重構軋件與軋件原始坯料的每一片層的 長度相等；第一重構軋件各節點的編號順序與軋件原始坯料的節點編號順序相同； B、 將穩定軋制階段軋件各節點上的溫度加載至軋件原始坯料對應節點； C、 將軋件原始坯料上各節點的X、Y坐標用穩定軋制階段軋件中間層上的對應節點的 X、Y坐標替代；替代完成后生成帶溫度的重構前的過渡軋件； D、 將第一重構軋件和過渡軋件通過LS-PREPOST進行移動重合，而后讀出第一重構軋 件的節點、單元信息，生成第二重構軋件； E、 第一重構軋件與過渡軋件重合后外圍輪廓與長度完全重疊，但每一層上的節點數量 和位置由于網格進行了重構而無法一致，因此過渡軋件上各節點的溫度不能直接加載到第 二重構軋件上，應進行溫度映射；溫度映射具體為：以第二重構軋件上的節點為中心，以一 定半徑范圍內節點上的溫度為映射點進行溫度映射，將過渡軋件上各節點的溫度映射到第 二重構軋件上；半徑大小要求不小于穩定軋制階段軋件的網格最大邊長并且小于2倍穩定 軋制階段軋件的網格最大邊長；溫度映射采用的公式為： T= (TlXLl+T2XL2+-+TnXLn)/(Ll+L2+-+Ln)； 公式中：T為第二重構軋件節點的溫度； T1、T2、…Tn分別為第二重構軋件上節點與過渡軋件上一定半徑范圍內的第1、第2、… 第N個節點上的溫度； L1、L2、…Ln分別為第二重構軋件上節點與過渡軋件上一定半徑范圍內的第1、第2、… 第N個節點的直線距離。
【專利摘要】本發明公開了一種鋼軌全軋程仿真分析的溫度繼承方法，涉及鋼軌軋制生產技術領域，提供一種能夠將模型重構前軋件溫度繼承到重構后模型上的溫度繼承方法。鋼軌全軋程仿真分析的溫度繼承方法包括如下步驟：A、將前一道次穩定軋制階段軋件重構為第一重構軋件；B、將穩定軋制階段軋件各節點上的溫度加載至軋件原始坯料對應節點；C、將軋件原始坯料上各節點的X、Y坐標用穩定軋制階段軋件中間層上的對應節點的X、Y坐標替代生成帶溫度的過渡軋件；D、將第一重構軋件和過渡軋件進行移動重合，并讀出第一重構軋件的節點、單元信息，生成第二重構軋件；E、將過渡軋件上各節點的溫度映射到第二重構軋件上。本發明能夠提高鋼軌全軋程仿真分析精度。
【IPC分類】G06F17-50
【公開號】CN104820729
【申請號】CN201510111305
【發明人】陶功明, 朱國明, 朱華林, 呂攀峰, 范紅平
【申請人】攀鋼集團攀枝花鋼釩有限公司
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年3月13日