67B60.GCr15轴承钢棒材轧后快冷过程的温度场模拟－RAL何小丽.pdfVIP

2007 年全国塑性加工理论与新技术学术研讨会 2007 年5 月 沈阳 GCr15 轴承钢棒材轧后快冷过程的温度场模拟 1 1 2 何小丽 ，赵宪明 ，马宝国 （1.东北大学 轧制技术及连扎自动化国家重点实验室，沈阳； 2.宝钢特殊钢分公司条钢厂，上海） 摘 要：借助VB 的可视化界面,利用 ANSYS 有限元分析软件对 GCr15 轴承钢棒材轧后冷却过程温度场进行模拟仿 真，获得轧件表面和内部温度分布规律，结果表明轧后冷却过程温度场模拟所得结果与实测值基本相符，为轴承钢 在线控冷提供了理论依据。 关键词：GCr15 钢；VB ；ANSYS ；温度场模拟 1 前言 GCr15轴承钢棒材在轧后冷却过程中的温度控制是影响轧制产品最终组织和质量控制的关键因 素。在实际生产中，受检测手段的限制，仅能得到钢材表面温度的变化，无法获得轧件内部温度场 的变化规律，给控冷工艺的制定带来很大的困难。因此利用ANSYS有限元分析软件模拟GCr15轴承 钢轧后控冷过程的温度场具有现实的意义。本文结合国内某厂轴承钢棒材生产线的生产实际，借助 VB语言对ANSYS进行二次开发，用户只需选择参数等, 系统就能自动调用ANSYS计算程序模拟计 算GCr15轴承钢棒材轧后控冷过程的温度场。 2 轴承圆钢温度场模型的建立 2.1 求解模型 轴承圆钢的控冷过程属于断面各部位温度随冷却时间变化的瞬态传热问题。采用有限元法计算 温度场时，通常假设单元内节点的温度呈线性或双线性分布，根据变分公式建立单元节点温度的一 阶常系数线性微分方程；在时间域上,用有限差分法得到其节点温度线性代数方程组的递推公式,然后, 将各单元矩阵叠加,形成节点温度线性代数方程组. 解此方程组。可得到不同时刻对应的各单元节点 温度值。 圆钢控冷过程的温度场计算属于轴对称问题，轴对称温度场的变分方程如下： 无内热源时的热传导方程为： ⎛ ∂2T ∂2 T ∂T ⎞ ∂T × × + × + − × × × （1） λ ⎜r 2 r 2 ⎟ ρ Cp r 0 ⎝ ∂r ∂z ∂r ⎠ ∂t 用Galerkin 法及格林公式引入边界条件，可得： δJ ⎡ ⎛∂W ∂T ∂W ∂T ⎞ ∂T ⎤ λ=×r × 1 + 1 +ρ×C ×W ×r × dzdr δT ∫∫⎢⎣ ⎜⎝ ∂z ∂z ∂r ∂r ⎟⎠ p 1 ∂t ⎥⎦ 1 D （2 ） ∂T × × × - λ W r ds 0 ∫ 1 r ∂n 引入第3 类边界条件，则有： δJ ⎡ ⎛∂W ∂T ∂W ∂T ⎞ ∂T ⎤ λ 1 1 ρ =×r × + + ×C ×W ×r × dzdr δ ∫∫⎢ ⎜ ∂ ∂ ∂ ∂ ⎟ p 1 ∂ ⎥ T ⎣ ⎝ z z r r ⎠