板带轧制过程中有限元计算影响因素分析

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随着计算机以及数学方法的发展日益成熟和完善,有限元技术已成为一种被广泛应用于板带轧制过程的有效的数值计算方法。FEM方法虽然计算精度高,但是存在计算效率低、计算时间长等缺点,这些已经成为影响其在线应用的瓶颈问题。本文以国家自然科学基金项目“板材轧制过程中有限元高速在线算法基础”为背景,研究分析了板带轧制过程中影响有限元计算速度和计算精度的因素。主要研究内容如下: 1)针对刚塑性有限元求解方法,分析了单元数目、单元形状参数:偏斜度、外观比例值和拉伸值对刚塑性有限元求解精度的影响。确定出所讨论的二维板材轧制过程中刚塑性有限元求解的最佳单元数目范围是60~160。 2)用G函数法设定初速度场与初等方法设定初速度场的计算迭代次数、计算时间进行比较,得出G函数法设定初速度场可以降低求解迭代次数,但是由于采用G函数法设定初速度场时需要求解线性方程组,求解线性方程组的时间占用了求解时间。采用G函数法设定初速度场求解问题计算时间没有减少。对G函数法设定初速度场与初等方法设定初速度场的速度分布进行比较分析,得出G函数法设定的初速度场更接近实际速度场。 3)采用了Fibonacci法、0.618法、抛物线法三种方法对阻尼因子α进行一维搜索,并对计算结果及计算时间进行了比较分析。得出采用Fibonacci法、0.618法进行一维搜索,计算迭代次数较少,计算时间较短;采用抛物线法搜索,计算迭代次数较多,计算时间较长。
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