轧制工程的三维非线性有限元仿真技术基础及应用

轧制过程的金属变形，是在三维空间中发生的，不仅存在材料上的非线性，还存在几何和接触非线性。该项目基于三维弹塑性大变形有限元理论和程序设计，针对轧制工程系统科学理论问题展开研究。在板材、管材连续轧制领域，围绕宝钢现场实际，开发了三维有限元高速仿真的多学科耦联模拟系统，对轧制过程产品质量预报具有重要作用。

该课题首次提出了用空间解析曲面模型理论建立复杂几何形体动态约束模型，解决了传统用离散曲面逼近真实几何形体所产生的方向导数不连续问题，解决了高精度解析理论与有限元数值模拟的结合问题，极大地提高了计算机仿真速度（比数值曲面拟合提高40倍）。

首次提出了摩擦元刚度二元修正法，通过修正摩擦元的尺寸厚度和摩擦因子来改变摩擦元刚度，实现了对复杂管材轧制过程的仿真。

首次提出组元模型理论，建立了板材连轧、无缝钢管连轧系统仿真模型，解决了信息变换与传递、复杂孔型智能化设计等基础科学问题。

开发了板带冷、热连轧热力耦合有限元仿真模型，首次建立了氧化铁皮模型、形变热模型和相变热模型，以及冷态高速在线仿真模型，建立了能够综合考虑各种复杂因素的冷、热连轧过程的计算机模拟系统。

轧制过程的金属变形是在三维空间发生的，不仅存在材料上的非线性，还存在几何和接触非线性。该项目以三维弹塑性大变形有限元理论和程序设计为基础，针对轧制工程系统科学理论问题展开研究，在板材、管材连续轧制领域，围绕宝钢现场实际，开发了三维有限元高速仿真的多学科耦联模拟系统，对轧制过程产品质量预报具有重要作用。该课题首次提出了用空间解析曲面模型理论建立复杂几何形体动态约束模型，解决了传统用离散曲面逼近真实几何形体所产生的方向导数不连续问题，解决了高精度解析理论与有限元数值模拟的结合问题，极大地提高计算机仿真速度（比数值曲面拟合提高40倍）。首次提出了摩擦元刚度二元修正法，通过修正摩擦元的尺寸厚度和摩擦因子来改变摩擦元刚度，实现了对复杂管材轧制过程的仿真。首次提出组元模型理论，建立了板材连轧、无缝钢管连轧系统仿真模型，解决了信息变换与传递、复杂孔型智能化设计等基础科学问题。开发了板带冷、热连轧热力耦合有限元仿真模型，首次建立了氧化铁皮模型、形变热模型和相变热模型和冷态高速在线仿真模型，建立了能够综合考虑各种复杂因素的冷、热连轧过程的计算机模拟系统。