Numerical simulation of the temperature field of twin-roll thin strip continuous casting

In this study, the temperature field model of twin-roll thin strip continuous casting was developed, and the interface heat transfer coefficient between the air and the strip surface was computed by using the inverse method. The effects of the process parameters including the casting speed, liquid level height, pouring temperature and thickness of the thin strip on the outlet temperature of the rotating rolls and the surface temperature of the thin strip were analyzed.

铝合金板料成形间距对逐点连续电磁成形过程的影响规律

电磁成形具有高速成形和提高材料塑性成形性能的特点,非常适用于准静态下难加工轻质铝合金材料的成形。在电磁系统中加入集磁器可以实现对工件的局部加工,但当电磁集中在小区域内多次成形时,由于两个成形点的距离较小,存在局部变形相互影响的区域,从而影响板料成形的均匀性。为研究逐点连续电磁成形过程中局部变形之间的相互作用机理,采用数值模拟结合实验验证的方法,探究了金属板料小区域逐点连续电磁成形过程中的变形行为,揭示了成形间距对板料成形涉及的电磁力、应变和最终成形效果的影响规律。研究结果表明,在单次电磁成形时,板料受到的电磁力呈环状分布,成形点中心受到径向与切向压应变和轴向拉应变,成形点四周受到径向拉应变和轴向与切向的压应变。在多次成形时,随着两成形点间距减小,板料在第二次成形时受到变形区的影响,影响间距为14 mm,板料中心所受的径向压应变和轴向拉应变增大,板料电磁力逐渐增大。第二成形点中心的成形高度随着两成形点间距的增加逐渐增加,两个成形点衔接处的凹槽深度也越深,而两个成形点衔接处的径向拉应变随着成形间距的增加表现为先增大后减小的趋势。本研究为在铝合金板料多点电磁成形过程中两点变形间距对电磁力和成形效果的影响提供了理论依据。

双辊薄带连铸温度场与凝固组织数值模拟研究

为了解决薄带连铸工业生产线调试过程中断带、铸带鼓包等问题,提高薄带连铸凝固组织表面质量,基于ProCAST有限元软件,建立双辊薄带连铸工艺的非稳态模型,对Q195凝固过程的温度场及凝固组织进行模拟,采用单一变量法,研究不同工艺参数,包括浇铸温度、拉坯速度、换热系数及熔池高度对凝固过程温度场与凝固组织的影响规律。结果表明,现有工况条件Q195钢双辊薄带连铸过程中在最优参数为浇铸温度1590℃、拉坯速度为1.0 m/s、换热系数为2000 W/(m^(2)·K)、熔池高度为188 mm时,能够有效防止鼓包和断带,细化晶粒,提高薄带坯的质量。研究薄带凝固过程中的温度场、凝固组织及应力场的变化规律,对提高带材质量、推动薄带铸轧工艺国产化具有重要意义。

双辊薄带凝固组织的数值模拟(Ⅰ)——数学模型的建立及验证

以流线为边界划分网格 ,建立了双辊薄带凝固过程的宏观传热模型、溶质传输模型和凝固组织形成的微观模型 ,并以固相分数为媒介 ,采用宏观和微观两个不同的时间步长 ,实现了宏观模型与微观模型的耦合 。

阻流环及模具结构对大扩展比连续挤压成形的影响

大扩展比连续挤压是制造铜带的一种新技术,阻流环及模具结构是影响扩展成形的重要因素。根据大扩展比连续挤压扩展成形特点,建立基于DEFORM-3D刚塑性有限元模型,通过对铜带连续挤压过程的数值模拟,分析不同阻流环及模具结构下的金属流动规律、流速均方差。实验与数值模拟结果均表明,使用有促流角的圆鼓形阻流环及变定径带模具时,金属流动速度差最小;流速均方差为0.58时,变形最均匀。为连续挤压成形模具优化设计提供了重要的依据。

动载荷作用下岩石破坏过程的数值试验研究

采用基于细观损伤力学基础上开发的动态版RFPA2D数值模拟软件,对动载荷作用下应力波延续时间、应力波峰值和围压对岩石试样破坏的影响进行了数值研究,结果表明,应力波延续时间较短,则尾随应力波波前的高应力区范围较窄,应力波衰减较快;相反,应力波延续时间较长,则紧跟应力波波前的高应力区范围较大,岩石处于破坏状态的时间延长,岩石的破碎程度加大。此外,存在一个合适的应力波延续时间,过分地加大应力波延续时间,反而不利于岩石裂隙的发育。动载荷的峰值越大,试样的破坏程度越大,当峰值达到一定值时,试样顶部呈现粉碎状,试样从上到下破坏程度逐渐减弱。在冲击载荷作用下的岩石随着围压的增加更难破碎,但当围压增大到一定程度时,岩石会突然失稳破坏。

双辊薄带连铸过程数值模拟

针对双辊薄带连铸过程,使用了耦合湍流流动和凝固传热的三维数学模型,模拟计算了使用楔型布流系统浇注时,连铸熔池内钢水的流动形态和凝固情况。结果表明,楔型布流系统可使钢水在熔池内合理分布,有利于均匀凝固。

剪胀对地下工程岩体位移的影响——以加拿大Donkin-Morien隧道为例

根据建立的岩石剪胀角模型,分析岩石峰值内摩擦角和剪胀角的关系,得出岩石在零围压时的峰值剪胀角小于并近似等于峰值内摩擦角,并假设岩石和岩体的剪胀角遵循相似的变化趋势,结合Hoek-Brown强度准则和GSI岩体分级系统,实现剪胀角模型从完整岩石到岩体的转化。采用程序语言在FLAC3D中编写岩体剪胀角模型程序模块。以加拿大Donkin-Morien隧道为工程实例,研究围压和塑性剪切应变依赖的岩体剪胀对隧道渐进开挖过程中围岩位移的影响,论证恒定的剪胀角值不能准确表达隧道开挖边界附近的岩体位移,而考虑围压和塑性剪切应变为影响因素的岩体剪胀角模型能够合理描述围岩的位移分布,模拟结果与实际测量值具有很好的一致性。研究成果可为岩体非线性力学行为的研究和地下工程岩体的稳定性控制提供理论和实践基础。

岩石剪胀效应的数值模拟研究

应用FLAC3D数值模拟软件,分别对不同剪胀角与围压作用下,岩样的剪切带分布及强度特征进行模拟研究。结果表明:随着剪胀角的增加,单轴压缩试验岩样由单一剪切破坏向共轭剪切破坏转变,同时韧性有所增强;围压的增加使得剪胀角为零的岩样由单一剪切破坏发展为双"X"形剪切破坏,剪胀角大于零的岩样由复合共轭剪切破坏过度到单一"X"形剪切破坏,剪切带宽度不断增大;岩样的剪切带倾角随着剪胀角的增大而增大,随围压的增加而减小;围压使得岩样峰值强度与残余强度增加,对岩样残余强度的提高显著;相同围压条件下,剪胀角越大岩样的强度越高但增加幅值不大;随着巷道围岩剪胀效应的增强,围岩的变形量增加显著,合理有效地控制巷道围岩的剪胀变形是支护的关键。

异型铜带连续挤压过程的数值模拟研究

利用DEFORM-3D软件对异型铜带的连续挤压扩展成形过程进行三维有限元数值模拟,分析金属的流动规律、速度、应力、应变分布。模拟结果表明,采用常规连续挤压工装模具结构会在产品横截面上产生很大的速度差,中间流速快,两边流速慢。通过对模腔结构的优化设计,使金属流动趋于均匀。在TLJ400连续挤压机上进行了异型铜带的连续挤压工艺试验,试验结果与数值模拟结果吻合良好。

基于连续退火炉数学模型的炉温优化策略

在带钢连续退火炉中带温对炉温的响应具有严重的非线性和滞后性,针对该问题,基于带钢连续退火炉热过程的数学模型,开发了一套开放式连续退火炉炉温优化计算机数值仿真系统,系统包括炉温启发式优化策略及其算法,该算法主要由滚动优化和启发式参数调整规则构成.通过数值仿真研究,表明该算法具有线性收敛特性,带钢的目标温度与带钢的计算温度十分接近,间接证明了该算法的正确可靠性.

双转子连续混炼机混合指数研究

通过数值模拟的方法对双转子连续混炼机混炼流场中的混合指数进行计算和分析,结果表明:该混炼机混合性能优异。在转子和料筒之间的区域,混合指数为0.5左右,物料主要承受剪切作用;在两个转子之间的流域中,混合指数介于0.5～0.8之间,物料以承受拉伸作用为主,其间交替出现小范围的以剪切作用为主的区域,这非常有利于分散和分布混合;在混炼段整个流域中,70%以上体积分数的物料承受着好于简单剪切的剪切或拉伸作用。

双转子连续混炼机混炼段的剪切应力

运用数值模拟法,对双转子连续混炼机混炼段的剪切应力进行模拟计算和分析。结果表明:沿转子轴向和垂直于轴向截面上的剪切应力分布合理,剪切应力体积分数分布合理。转速增加,剪切应力随之增大,单位产量平均剪切应力增大。轴向压差增加,剪切应力层状分布形态明显改变,单位产量平均剪切应力增大。加料量增加,剪切应力大小和分布形态不变,但单位产量平均剪切应力随之减小。利用这3种可调工艺参数的不同作用特点,针对不同的混合需要,可计算和选择不同的工艺参数组合。

双辊薄带连铸过程的数学模型研究及其进展

综述了双辊薄带连铸过程数学模型的研究和进展情况,比较和分析了各类数学模型的特点,指出了目前还存在的问题,并展望了今后的发展方向。

条带法在底板承压水上采煤中应用的数值模拟研究

近年来,条带法被用来作为承压水上采煤的主要采煤方法。针对承压水上采煤问题,应用流固耦合原理,将孔隙介质中孔隙压力与应力建构在统一的本构模型中,平行计算应力场与渗流场,其实质是煤岩体体积应变对孔隙的影响通过流动本构定律加以反映;反之孔隙压力的变化可引起煤岩体变形。应用FLAC有限差分软件对条带式和长壁式采煤方法的应力发展和岩体破坏情况进行模拟并进行比较分析,证明条带法在降低由采动引起的应力影响范围和程度,从而减小煤层底板破坏程度和范围(主要是深度)的有效性,为合理确定承压水上采煤的开采方案提供了理论依据。

连续退火线平整机断带分析及数值模拟

为了研究某冷轧厂平整机断带问题,以工作辊与带钢为建模对象,利用有限元方法模拟平整轧制过程,结果表明,初始轧制力过大是断带的主要原因,平整机前、后张力偏大是次要原因,结合过程数据曲线分析,与实际断带工况相符。提出修订初始轧制力与张力措施,运行一年未发生断带事故,实践效果良好。

建筑物及承压水下大采深开采安全性研究

为了研究建筑物及承压水下大采深安全开采可行性,依托高家堡煤矿的地质采矿条件,理论计算得出条带开采参数。应用岩层承载能力和岩层破断距确定关键层与含水层的相对位置关系,建立数学模型,提出开采宽度影响关键层稳定性的判断准则。进一步对该矿工作面开采后关键层及煤柱稳定性进行理论分析,采用FLAC3D模拟计算设计条带参数。结果表明:在建筑物及承压水下大采深开采,理论计算得出开采宽度未影响主关键层稳定性,留设煤柱稳定性良好,模拟出裂采比为18,地表最终呈单一平缓下沉盆地,满足建筑物及承压水体下安全开采的要求,对解决初期矿井接续紧张和保障安全生产至关重要。

散状物料流动特性测定理论研究与数值模拟

对散状物料流动性的准确测量是合理设计储运及连续输送设备的基础,对整个企业的生产过程有着非常重要的作用。Jenike型剪切测试仪被广泛应用于散状物料流动性的测定。然而Jenike型剪切测试仪对实验人员的操作技巧和熟练程度有较高的要求。对Jenike剪切仪测定散状物料流动性的测试方法和步骤进行研究和分析,为实验人员在测试过程中提供理论指导。同时利用离散元软件对散状物料的剪切过程进行模拟,确定出实际剪切过程中所需要施加的合理的预剪切压应力范围,减少实验人员的工作量和实验材料的浪费,在实际的实验过程中有重要的意义。

C2S2法中剪切应变的理论分析及其数值模拟

板材连续剪切变形技术(Continuous Confined Strip Shearing)以下简称C2S2是实现材料纯剪切变形的有效方法。介绍了C2S2的基本原理,对其所产生的剪切应变进行了计算和理论分析,并采用MAFAP4.0软件对其成形过程进行了模拟。模拟结果表明,通道转角Φ、外弧角Ψ等因素对材料的变形量有不同程度的影响。

带钢连续退火温度场数值模拟及其再结晶规律研究

利用有限元软件建立几何模型和有限元模型,对42CrMo带钢高温连续退火温度场进行数值模拟,通过稳态条件下带钢温度及再结晶软化率随时间变化规律的计算,研究非稳态条件下再结晶软化率随时间变化的关系。