Θερμομηχανική προσομοίωση έλασης αλουμινίου 5754 με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων

Γεωργάρας, Χαράλαμπος; Georgaras, Charalampos

dc.contributor.author	Γεωργάρας, Χαράλαμπος	el
dc.contributor.author	Georgaras, Charalampos	en
dc.date.accessioned	2019-07-22T09:58:10Z
dc.date.available	2019-07-22T09:58:10Z
dc.date.issued	2019-07-22
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/49114
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.16779
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Έλαση	el
dc.subject	Αλουμίνιο	el
dc.subject	Πεπερασμένα στοιχεία	el
dc.subject	Θερμομηχανική	el
dc.subject	Προσομοίωση	el
dc.subject	FEM	el
dc.subject	Rolling	en
dc.subject	Thermomechanical	en
dc.subject	Simulation	en
dc.subject	Aluminum	en
dc.title	Θερμομηχανική προσομοίωση έλασης αλουμινίου 5754 με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Προσομοίωση	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-03-26
heal.abstract	Process designers must present fast and cost-efficient solutions in order to improve decision-making and optimize the rolling process. Objective of this thesis is the coupling of the stress and temperature fields with use of a FEM model, and comparison of its results with the ones of an industrial rolling schedule. The model created for the analysis of hot rolling of an aluminum 5754 plate, is a three dimensional (3D),explicit, thermo-mechanical model using a Lagrangian formulation with respect to the contact conditions, as well as the heat transfer at the plate-roll interface. The model is developed using the commercial finite element software ANSYS LS-DYNA. Seven identical models were developed that correspond to seven industrial passes. A 4-High Mill configuration was established and two symmetry planes were applied to the model to reduce computational time. Input data and initial conditons were taken from the rolling schedule. Work roll's rotational speed remained constant in all models and equal to 34,4 RPM. The material model used to describe the behavior of the aluminum plate is the Modified Johnson-Cook, the parameters of which were taken from the literature. For the work roll and the back-up roll the elastic model was used, since the rolls do not deform plastically in a single pass. Housings of the rolls were considered as rigid materials. In the model both constant stress brick elements and Selective/Reduced integration quadratic tetrahedron elements , for hourglass control, were employed. The contact conditions were simulated with the use of a ''penalty-based''contact algorithm, while friction was simulated with the Coulomb model. Friction coefficient remained constantand equal to 0,4. For modelling the conduction of heat between the work roll and the plate, a thermal contact conductance coefficient for closed gaps was used, that its value depends on the distance between the work roll and the plate at the interface. Values of the rolling force that were predicted from our model are in good agreement with those measured by the industry. Additionally, the temperature profiles of the aluminum plate were studied, showing satisfying results with regard to simulation time. Lastly, crown percentage for each pass was calculated and it was verified that our model can be used for adequate calculation of rolling defects.	en
heal.abstract	Οι σχεδιαστές διεργασιών, όπως αυτή της θερμής έλασης, πρέπει να παρουσιάσουν ταχείες και οικονομικά αποδοτικές λύσεις για να βοηθήσουν στη λήψη αποφάσεων και στην βελτιστοποίηση της διαδικασίας. Στη παρούσα διπλωματική εργασία κύριο μέλημα μας ήταν η σύζευξη των μεταβατικών θερμοκρασιακών και των πεδίων τάσεων, μέσω της δημιουργίας ενός μοντέλου με τη χρήση της μεθόδου των πεπερασμένων στοιχείων, και η συσχέτιση τους με ένα πρόγραμμα έλασης της βιομηχανίας. Το μοντέλο που δημιουργήθηκε για την ανάλυση της θερμής έλασης αλουμινίου 5754, διατυπώθηκε κατά Lagrange και πραγματοποιεί μια τριδιάστατη (3D), παροδική (transient), συζευγμένη (coupled), explicit ανάλυση, λαμβάνοντας υπόψη τις συνθήκες στην διεπαφή ράουλου εργασίας – πλάκας, καθώς και την μεταφορά θερμότητας στο ράουλο και την πλάκα αντίστοιχα, με τη χρήση του προγράμματος LS-DYNA. Επτά πανομοιότυπα μοντέλα δημιουργήθηκαν που αντιστοιχούν σε επτά βιομηχανικά πάσα. Σχεδιάστηκε μια διάταξη τεσσάρων ράουλων (4-High Mill) με τα κουζινέτα τους και μια πλάκα αλουμινίου 5754. Με σκοπό τη μείωση του υπολογιστικού χρόνου της προσομοίωσης, εφαρμόστηκαν δύο επίπεδα συμμετρίας στο μοντέλο ενώ οι αρχικές συνθήκες και τα δεδομένα εισόδου της πλάκας λήφθηκαν από το πασολόγιο. Η ταχύτητα περιστροφής του ράουλου εργασίας διατηρήθηκε σταθερή και για τα επτά μοντέλα και ίση με 34,4 RPM. Το μοντέλο υλικού που χρησιμοποιήθηκε για την περιγραφή της συμπεριφοράς της πλάκας αλουμινίου 5754 ήταν το Modified Johnson – Cook, οι παραμέτροι του οποίου λήφθηκαν από την βιβλιογραφία. Για τα ράουλα εργασίας και αντιστήριξης χρησιμοποιήθηκε το ελαστικό μοντέλο καθώς τα ράουλα δεν παραμορφώνονται πλαστικά κατά τη διαδικασία της θερμής έλασης, ενώ τα κουζινέτα θεωρήθηκαν απαραμόρφωτα υλικά. Για τη δημιουργία του πλέγματος χρησιμοποιήθηκαν στοιχεία συνεχούς τάσης και τριγωνικά τετραεδρικά στοιχεία για έλεγχο του hourglass. Οι συνθήκες επαφής μεταξύ ράουλου και πλάκας προσομοιώθηκαν με τη βοήθεια ενός penalty – based αλγόριθμου, ενώ η μεταξύ τους τριβή προσομοιώθηκε με τη χρήση του μοντέλου Coulomb. Ο συντελεστής τριβής διατηρήθηκε σταθερός σε όλα τα μοντέλα και ίσος με 0,4. Τέλος, για την ανταλλαγή θερμότητας μεταξύ ράουλου εργασίας και πλάκας χρησιμοποιήθηκε ένας συντελεστής θερμικής αγωγιμότητας, του οποίου η τιμή μεταβάλλεται ανάλογα με την απόσταση μεταξύ των δύο επιφανειών. Οι τιμές που προβλέπονται από το μοντέλο μας για την δύναμη έλασης παρουσίασαν μικρές αποκλίσεις από τις πραγματικές μετρήσεις της βιομηχανίας. Επίσης, μελετήθηκαν τα θερμοκρασιακά προφίλ της πλάκας για κάθε πάσο που προσομοιώθηκε με ικανοποιητικά και φυσικά αποτελέσματα συναρτήσει του χρόνου της προσομοίωσης. Τέλος, ποσοτικοποιήθηκε το ποσοστό του crown σε κάθε πάσο και επιβεβαιώθηκε πως το μοντέλο μας μπορεί να χρησιμοποιηθεί και για την ανάλυση αστοχιών κατά την διαδικασία της έλασης.	el
heal.advisorName	Παπαευθυμίου, Σπυρίδων	el
heal.committeeMemberName	Πάνιας, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Φούρλαρης, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Παπαευθυμίου, Σπυρίδων	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανικών Μεταλλείων Μεταλλουργών. Τομέας Μεταλλουργίας και Τεχνολογίας Υλικών. Εργαστήριο Μεταλλογνωσίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	140 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true