铝带坯连续铸轧过程热力祸合有限元分析
湛利华李晓谦唐朝阳等
铝带坯连续铸轧过程热力祸合有限元分析
湛利华李晓谦唐朝阳钟掘
中南大学,长沙,
410083
摘要:根据铝带坯连续铸轧过程瞬态凝固、流变成形的特点,同时考虑影响辄套与铸坯传
热界面的接触热导问题,建立了铝带坯连续铸轧过程热力搞合有限元分析模型。在对
AN
SYS
有限元分析软件进行二次开发的基础上,探索了适合于铝带坯连续铸轧这一复杂多重非
线性问题热力并存搞合分析的途径,得到了铝带坯连续铸轧过程的温度场及应力一应变场的
分布规律。仿真分析结采与实测结果进行了对比分析,二者基本相符。
关键词:连续铸轧;热力桐合;二次开发;接触热导
中图分类号:
TF35
文章编号
:1004-132X
(2005)11-0979
一
06
Thermo-
mechanical
Coupling
Analysis
of
Aluminum
Continuous
Ro
lI
Casting
Processes
Zhan
Lihua
Li
Xiaoqian
Tang
Zhaoyang
Zhong
J
ue
Central
South
University
,
Changsha
,
410083
Abstract:
According
to
the
characteristics
of
transient
solidification
and
rheological
forming
in
con-
tinuous
roll
casting
process
, a
set
of
thermal-
mechanical
coupling
equations
had
been
set
up.
With
ANSYS
finite
element
analysis
software
and
based
on
the
secondary
development
with
its
APDL
lan-
guage
,
meanwhile
considering
the
thermal
contact
conductance
between
casting
roller
and
strip
, a
way
to
conduct multi
-
nonlinear
thermo
-
mechanical
coupling
analysis
suitable
for
aluminum
strip
roll
casting
process
was
explored.
Based
on
the
simulation
of
thermo-
mechanical
coupling
process
analy
sis
in
the
rheological
forming
of
continuous
roll
casting
,
the
variational
rules
of
temperature
field
and
stress
•
strain
field
were
obtained.
Simulation
results
are
compared
with
experimental
ones
,
both
are
basically
matched.
Key
words:
continuous
roll
casting;
thermal
•
mechanical
coupling;
secondary
development;
thermal
contact
conductance
O
引言
铝带坯连续铸轧是一个十分复杂的金属凝固
成形过程,它把传统的铝带成形工艺中的铸造与
热轧过程融为一体
[1]
,但又并非简单的组合。金
属一方面要完成连续冷却、凝固,另一方面又要在
轧制力的作用下产生一定的塑性变形,二者相互
影响,相互制约。铝带坯连续铸轧在大大简化生
产流程的基础上,同时也使得其自身的工艺过程
与装备变得复杂。
随着我国铝加工工业的快速发展,对连续铸
轧技术提出了越来越高的要求。由于传统的铝板
带双辑连续铸轧工艺技术的局限性,生产的铝板
带已经不能满足国内和国际市场多合金、多品种
的需求,需要不断改进现有的常规铸轧工艺。目
前,各国都在致力于开发新的铸轧工艺技术,如超
薄快速铸轧新技术等。为此,需要深入研究铸轧,
尤其是快速铸轧过程中的金属凝固及塑性成形规
律;需要对铝带坯铸轧过程进行仿真研究,为铸轧
收稿日期:
2004
-
09
- 14
基金项目:国家重点基础研究发展计划资助项目
(1
9990604906)
过程控制、铝带坯快速铸轧的塑性变形和铸轧工
艺参数规律等研究工作提供基础;同时,通过对铸
轧过程的温度场、应变场和应变速率场的分布与
变化规律进行分析,为预测铸轧件轧后金属组织
和力学性能提供依据
o
连续铸轧过程中,金属从高温熔融状态被瞬
态冷却、凝固并轧制成形,在铸轧区内的温度变化
很大,平均温度梯度达
200"C/cm
以上;同时,金
属在轧制成形过程中承受大的塑性变形,变形程
度往往达到
50%
,甚至更高。准确分析连续铸轧
过程中的温度和应力变化通常不应把温度场的求
解和应力场的分析割裂开来,因为除了温度变化
对结构变形和材料性质产生影响外,结构变形也
会反过来改变热边界条件等,进而影响温度的变
化,也就是说,在连续铸轧过程中的温度和变形两
种不同场变量之间存在很强的相互作用。许多学
者开展了铝带坯连续铸轧过程的理论研究工
作
[2~~
但由于铸轧过程的复杂性以及现有的有
限元分析软件的局限性,他们在分析过程中往往
采取一定的简化,对连续铸轧过程中的温度场和
变形场分别进行研究,间接考虑它们之间的相互
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