Файл: Краткое содержание 1 Введение. Основные определения и понятия.pdf

40
Вопросы для самоконтроля
1. Перечислите возможности программного комплекса DEFORM-3D.
2. Перечислите исходные данные, необходимые для создания модели теплового процесса в DEFORM-3D.
3. Как определяется шаг моделирования в DEFORM-3D? Опишите методику выбора шага моделирования.
4. Как определяются граничные условия в DEFORM-3D?
5. Перечислите исходные данные, необходимые для создания модели горячей прокатки в клети с использование DEFORM-3D.
Литература
1 Болобанова Н.Л. Компьютерное моделирование процессов и оборудования металлургического производства: учебное пособие для вузов / Н. Л. Болобанова - Череповец:
ФГБОУ ВПО ЧГУ, 2014. - 91 с. https://edu.chsu.ru/portal/site/74edcf4e-9ae2-41c9-8cb8- f4510def399f/page/6eaa4bda-e675-4c77-8c04-6bf15c220d42 3. ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ
3.1 Тематика практических занятий
3.2 Методические указания к выполнению практических работ
Практическая работа 1. Построение математического описания объекта исследования по заданию преподавателя
Цель работы: приобрести навыки по построению математического описания объекта исследования.
Задание 1. С использованием материала [1], а также дополнительной литературы по теории и технологии прокатного производства привести математическое описание следующих элементов расчета горячей и холодной прокатки широких полос:
- Очаг деформации.
- Сопротивление деформации.
Оформление материала должно соответствовать требованиям к оформлению научно- исследовательских работ (ГОСТ 7.32-2017).
Задание 2. С использованием материала [1], а также дополнительной литературы по теории и технологии прокатного производства привести математическое описание следующих элементов расчета горячей и холодной прокатки широких полос:
1 Трение в очаге деформации.
2 Температурные параметры процесса.
Оформление материала должно соответствовать требованиям к оформлению научно- исследовательских работ (ГОСТ 7.32-2017).
№ раздела
(модуля)
Тема практического занятия
2
Построение математического описания объекта исследования по заданию преподавателя.
2
Компьютерное исследование модели.
4, 5
Построение модели технологического процесса в модуле «Препроцессор» программного комплекса DEFORM-3D.
3
Одномерная линейная регрессия и корреляция.

41
Задание 3. С использованием материала [1], а также дополнительной литературы по теории и технологии прокатного производства привести математическое описание расчета силовых и энергетических параметров горячей прокатки широких полос.
Оформление материала должно соответствовать требованиям к оформлению научно- исследовательских работ (ГОСТ 7.32-2017).
Задание 4. С использованием материала [1], а также дополнительной литературы по теории и технологии прокатного производства привести математическое описание расчета силовых и энергетических параметров холодной прокатки широких полос.
Оформление материала должно соответствовать требованиям к оформлению научно- исследовательских работ (ГОСТ 7.32-2017).
Литература
1 Гарбер, Э. Теория прокатки: учебник для студентов вузов / Э. Гарбер, И.
Кожевникова. - Череповец: ЧГУ; Москва: Теплотехник, 2013. - 306 с.- [Электронный ресурс].
- URL: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=434761 2 Рудской, А.И. Теория и технология прокатного производства / А.И. Рудской, В.А.
Лунев; Федеральное агентство по образованию, Санкт-Петербургский государственный политехнический университет. - СПб.: Наука, 2008. - 527 с. : схем., ил., табл. - Библиогр. в кн.
-
ISBN
978-5-02-025302-5;
То же
[Электронный ресурс].
-
URL:
http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=363045
Практическая работа 2. Компьютерное исследование модели.
Цель работы: овладеть навыками моделирования технических объектов и технологических процессов с целью их улучшения.
На кафедре металлургии, машиностроения и металлургического оборудования
Череповецкого государственного университета на основе математического описания процессов горячей и холодной прокатки, изложенного в работе [1], разработана программа
«Supreme Technology». Она позволяет рассчитывать параметры процессов горячей и холодной прокатки и позволяет проектировать технологические режимы горячей и холодной прокатки. В ней реализована возможность адаптации коэффициентов кривых сопротивления деформации, а также плеча усилия прокатки реальным промышленным данным.
На рис. 1 – 3 представлены вводимые пользователем параметры для расчета и исследования технологических режимов на примере холодной прокатки. Форма результатов расчета представлена на рис. 4.

42
Рис. 1. Ввод параметров прокатного стана и материала стали
Рис. 2. Ввод технологических параметров

43
Рис. 3. Ввод фактических энергосиловых параметров
Рис. 4. Форма программы при расчете режима холодной прокатки
Задание 1. Исследовать соотношение кинематических зон в очаге деформации при холодной прокатке высокопрочной марки стали Страп960 (табл. 1) и разных значениях переднего и заднего натяжений полосы путем отслеживания положения нейтрального сечения.
Задание 2. Исследовать влияние температуры начала и конца прокатки на силовые и энергетические параметры режима прокатки высокопрочной марки стали Страп960 (табл. 2).

44
Таблица 1
Режим прокатки полосы 0,98х1184 мм из марки стали Страп960 (удельное натяжение перед станом σ
0
= 48 МПа)
№ клети
Скорость прокатки
υ
i
,м/с
Толщина полосы на входе в клеть
h
i-1
, мм
Толщина полосы на выходе из клети
h
i
, мм
Переднее удельное натяжение полосы σ
i
,
МПа
Относительное обжатие в клети ε
i
, %
Усилие прокатки
P
i
, МН
Мощность двигателей
N
двi
, МВт
1 4,06 2,98 2,23 155 22,3 15,5 1,12 2
5,52 2,23 1,17 171 23,8 14,5 3,23 3
7,2 1,17 1,31 176 22,9 14,43 2,87 4
9,59 1,31 1
186 23,7 13,68 2,73 5
9,99 1
0,98 42 2
13,64 1,89
Таблица 2
Режим прокатки полосы 2,92х1195 мм из марки стали Страп960 при температуре подката t
0
=
980°C и температуре конца прокатки t
k
= 860°C
№ клети
Скорость прокатки
υ
i
,м/с
Толщина полосы на входе в клеть
h
i-1
, мм
Толщина полосы на выходе из клети
h
i
, мм
Переднее удельное натяжение полосы σ
i
,
МПа
Относительное обжатие в клети ε
i
, %
Усилие прокатки
P
i
, МН
Мощность двигателей
N
двi
, МВт
6 1,63 33,5 17,21 8
48,63 26,54 7,05 7
2,65 17,21 10,6 15 38,41 23,23 6,67 8
4,03 10,6 6,94 30 34,53 21,58 7,33 9
5,72 6,94 5,05 35 27,23 18,56 7,1 10 7,57 5,05 3,89 40 22,97 17,8 7,52 11 9,26 3,89 3,2 50 17,53 16,47 6,63 12 10,39 3,2 2,92 0
8,75 10,5 5,15

45 2 операция – заготовка находится на нижнем штампе перед операцией ковки (2 с).
3 операция – первый ковочный удар. Верхний штамп должен сжать заготовку на 20 мм.
4 операция – замена верхнего штампа и второй ковочный удар. Штамп должен сжать заготовку на 8 мм.
1 операция
2 операция
3 операция
4 операция
Размеры заготовки и инструментов:
Заготовка
Нижний штамп

46
Верхний штамп 1
Верхний штамп 2
1 операция
Температура нагрева заготовки t = 1090 °C; марка стали (Сталь 25).
Геометрия – импорт формата .STL.
Для определения сетки должен использоваться наименьший размер инструмента в любой операции, а минимальный размер элементов заготовки должен быть равен приблизительно половине этого размера.
Тип сетки – Absolute (Абсолютная), Min Element Size (Минимальный размер
элемента) 1 мм и Size Ratio (Коэффициент отношения) 3.
Общее время переноса до штампа 10 секунд. Примем, что каждый шаг будет длиться
0,2 с.
2 операция
Задержка заготовки на нижнем штампе.
Температура нижнего штампа t = 150 °C; марка стали AISI-H-13machining.
Геометрия – импорт формата .STL.
Температура штампа будет изменяться в ходе расчета. Для этого следует создать КЭ модель штампа с настройками по умолчанию.
Взаимодействие объектов: Heat Transfer Coefficient (Коэффициент теплопередачи)
– Free resting 1.
Граничные условия для штампа – указать грани, контактирующие с окружающей средой.
Время задержки заготовки на штампе 2 с. Шаг – 0,2 с.
3 операция
Первая ковочная операция – используется верхний штамп 1. Верхний штамп должен сжать заготовку на 20 мм. Ход штампа должен составлять примерно 1/3-1/2 от значения наименьшего размера элемента или примерно 0,5 мм. Шаги определяются как функция от перемещения. Скорость 50 мм/с.
Температура нижнего штампа t = 150 °C; марка стали AISI-H-13machining.
Геометрия – импорт формата .STL.
Температура штампа будет изменяться в ходе расчета. Для этого следует создать КЭ модель штампа с настройками по умолчанию.

47
Взаимодействие объектов: Friction (Трение) – Shear (Сдвиговое) 0,3; Heat Transfer
Coefficient (Коэффициент теплопередачи) –Forming 11.
Задать перемещение верхнего штампа.
Граничные условия для штампа – указать грани, контактирующие с окружающей средой.
Для заготовки и двух штампов задать плоскости симметрии в граничных условиях.
4 операция
Замена верхнего штампа и второй удар.
Вторая ковочная операция – используется верхний штамп 2. Он должен сжать заготовку на 8 мм. Скорость 50 мм/с.
Сначала следует удалить сетку у верхнего штампа 1, затем удалить его геометрию, импортировать новую геометрия и произвести настройку задачи.
Практическая работа 4. Одномерная линейная регрессия и корреляция
Цель работы: нахождение численных оценок коэффициентов линейного уравнения регрессии и вычисление коэффициента корреляции между переменными х и у = f (х).
Задание. Необходимо оценить тесноту линейной корреляционной связи между содержанием никеля или фосфора (X) и твердостью чугуна или ударной вязкостью стали (Y); определить коэффициенты уравнения линейной регрессии, их погрешность и статистическую значимость; оценить качество аппроксимации экспериментальных данных полученным линейным уравнением регрессии по диаграмме рассеяния.
Для выполнения работы следует использовать теоретический материал, изложенный в разделе 3 курса лекций.
Вариант 1. Из легированного чугуна с шаровидным графитом отлита партия п = 20 валов с диаметром бочки 400–600 мм. В качестве основного легирующего элемента для регулирования твердости рабочего слоя валов применяли никель. Результаты измерения твердости рабочего слоя (в единицах Шора) на глубине 5 мм от литой поверхности и содержание никеля в чугуне этих валов следующие:
Ni,%
3,68 3,7 3,44 3,52 2,95 3,94 4,22 3,0 3,32 3,36
HSh,
ед.
76 77 75 73 74 77 80 71 72 74
Ni,%
2,95 3,6 3,56 3,94 3,9 3,18 2,95 4,64 3,12 3,34
HSh,
ед.
71 80 73 82 77 74 68 83 76 78
Вариант 2. Исследуются статистические данные зависимости между содержанием в стали фосфора Р, %, и ее ударной вязкостью а
н
, Дж/см
2
. Эти данные для п = 15 представлены в таблице:
P, %
0,008 0,01 0,012 0,014 0,016 0,018 0,02 0,022 0,024 0,026 0,019 0,021 0,023 0,025 0,021
а
н
,
Дж/см
2
70 66,67 63,33 56,67 50 46,67 43,33 40 33,33 30 45,97 44,11 40,1 33,34 30,2
Вариант 3. Из легированного чугуна с шаровидным графитом отлита партия п = 14 валов с диаметром бочки 400 – 600 мм. В качестве основного легирующего элемента для регулирования твердости рабочего слоя валов применяли никель. Результаты измерения твердости рабочего слоя (в единицах Шора) на глубине 5 мм от литой поверхности и содержание никеля в чугуне этих валов следующие:

48
Ni,%
3,68 3,7 3,44 3,48 2,16 2,25 3,34 3,36 2,95 2,61 3,6 3,52 3,94 3,0
HSh,
ед.
78 77 75 79 70 69 78 79 74 68 80 73 77 67 4. ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ
4.1 Тематика лабораторных работ
№ раздела
(модуля)
Тема лабораторной работы
4
Моделирование прокатки сляба в 1-ой вертикальной клети.
4
Моделирование прокатки во 2-ой клети черновой группы стана 2000 – двухвалковой горизонтальной клети.
4.2 Методические рекомендации для выполнения лабораторных работ
Лабораторная работа 1. Моделирование прокатки сляба в 1-ой вертикальной клети.
Цели работы: познакомиться с возможностями моделирования горячей прокатки в
DEFORM-3D и исследовать влияние коэффициента трения на пластическое формоизменение металла в вертикальной клети, научиться применять численные методы моделирования технологических процессов.
Исходные данные: марка стали; размер и температура нагрева сляба; температура окружающей среды; коэффициент теплоотдачи, размеры и температура валка вертикальной клети, величина обжатия в вертикальной клети; скорость прокатки, коэффициенты трения и теплообмена между валком и слябом.
Описание работы
Установка параметров расчета. Нажмите кнопку Simulation Controls (Настройки задачи) для открытия одноименного окна. Измените Operation Name (Название операции) на
Hot Rolling 1 и Номер операции 1. Включите опции Deformation (Деформирование) и Heat
Transfer (Теплопередача). Число шагов будет определяться как функция от времени, и будет зависеть от длины прокатываемой части сляба и скорости прокатки.
Определение свойств объекта исследования. В препроцессоре после запуска в дереве объектов есть объект с именем Workpeace (Заготовка). Нажмите кнопку General (Общие свойства) и задайте Object Type (Тип объекта) – Plastic (Пластичный), температуру заготовки
– кнопка Assign temperature, материал заготовки – кнопка Load material from library. Нажмите кнопку Geometry (Геометрия) и затем кнопку Geo Primitive (Геометрия объекта). В открывшемся окне задайте размеры заготовки, например для сляба сечением 1320х250 мм: тип объекта Box (Ящик), ширина (Width) 660 мм (при моделировании будет использована плоскость симметрии, соответствующая ½ сляба в продольном направлении), высота
(Height) 250 мм; длина (Length) 1100 мм. Использование симметрии и уменьшение длины сляба экономит время расчета и увеличивает точность решения.
Создайте сеточную модель сляба – кнопка Mesh (Сетка). В DEFORM существует два способа определения сетки:
– относительная сетка (Relative mesh) – пользователь определяет количество создаваемых твердотельных элементов. Независимо от того какие изменения происходят с заготовкой, число элементов останется постоянным;
– абсолютная сетка (Absolute mesh) –пользователь определяет минимальный размер элемента сетки, а система определяет требуемое количество элементов. В процессе