圆钢孔型优化设计及数值模拟

• 作 者: 王俊杰
• 发表日期: 2014年期
• 关键词: 孔型设计 多种群遗传算法 圆钢热连轧 数值模拟

近年来，随着大规格圆钢需求量的增大，全国正兴建或改造多个圆钢轧制生产线。在圆钢全连续热轧过程中，存在严重的能量消耗。本文围绕如何通过优化孔型延伸系数以降低连轧生产线的轧制总能耗进行研究。首先，基于前人的研究成果，本文仔细研究了圆钢孔型的设计方法，并详细讨论了圆钢热连轧孔型系统的选择问题，轧后轧件断面面积的计算方法，轧件在孔型中轧制的限制条件，以及轧制力、轧制力矩、轧制温度和轧制能耗等工艺参数数学模型的选取问题。其次，针对标准遗传算法存在的未成熟收敛问题，本文详细分析了多种群遗传算法。同时使用两种算法优化圆钢连轧孔型的延伸系数，通过对两种算法优化结果的比较，检验了多种群遗传算法对标准算法的改进效果。借助Visual C++6.0集成开发环境，应用微软基础类库开发圆钢计算机辅助孔型设计系统。此系统具有以下几个特点：能够脱离MATLAB环境调用多种群遗传算法优化孔型参数；通过与Microsoft Access数据库的通信，可建立孔型尺寸参数和轧制工艺参数报表；可异步调用Pro/E4.0实现轧辊的自动建模。再次，以圆钢孔型作为研究对象，借助有限元软件DEFORM，采用刚塑性有限元法，建立了圆钢连轧全过程的热力耦合三维有限元模型。本文模拟了45钢从初轧到终轧的连轧全过程，并详细分析了轧件在轧制过程的速度场、各道次轧后轧件的断面形状和尺寸、轧辊轧制压力和轧制力矩等参数。模拟结果对工艺参数数学模型的精确性以及孔型设计方法的合理性进行了有效验证。并对圆钢连轧轧制压力的变化规律进行分析，采用曲线拟合和符号积分方法求出连轧生产线的总能耗。