專利名稱：一種方坯間隔移動的動態(tài)分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種動態(tài)分析方法，尤其是一種適用于冶金連鑄工藝中方坯間隔移動 的動態(tài)分析方法，該方法能真實地反映方坯移動時載荷的動態(tài)分布。
背景技術(shù)：
在方坯連鑄設(shè)計過程中，由于坯子在不停的運動，除滿足工藝要求外，對其支撐的 輸送輥和熱送輥道的要求也是相當高的。在傳統(tǒng)設(shè)計中，一般是根據(jù)最大負荷進行輸送輥 和熱送輥道的靜態(tài)設(shè)計與校核，根本沒有考慮坯子運動時動態(tài)載荷對輸送過程的影響，因 而設(shè)計往往偏于保守，沒有實現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計。究其原因是因為目前沒有很好的模擬算法能真 實地反映方坯移動時載荷的動態(tài)分布情況。目前，對于動態(tài)載荷的描述方法一般都是將載荷簡單地看作為時間的某一種函數(shù) 或是將載荷簡單的分成幾種對應(yīng)時段的函數(shù)進行動態(tài)響應(yīng)分析。如鐵錘打木樁、物體模態(tài) 響應(yīng)分析、汽車過橋載荷分布計算等。其中，汽車過橋的載荷分布計算較為復(fù)雜，它是采用 對受載點位置判斷的方法來完成計算的。但是車輪受載點僅只有一個，受載點判斷比較簡 單，且過橋過程中，并沒有考慮后續(xù)汽車的連續(xù)跟進，受載點僅與一輛汽車的前后輪著地點 相關(guān)，計算方法沒有通用性與適應(yīng)性，不具有連續(xù)分析承載情況的能力。由于特體具有單一 性，且受載點比較單一，因而算法上實現(xiàn)較為容易。但在方坯連鑄工藝中，方坯在支撐梁上 移動與前述有相當大的不同。由于單個方坯本身具有一定寬度，在這一寬度內(nèi)，方坯的作用 點是連續(xù)的，與此同時，每個方坯之間又存在一定的間隙，因而方坯的運動在支撐梁上受力 點又可以看作是不連續(xù)的，這種連續(xù)與不連續(xù)的實替，實質(zhì)增加了真實反映方坯移動時載 荷動態(tài)分布的數(shù)學描述的難度。而間隙、單個方坯自身的寬度、支撐梁距離、方坯移動速度 與時間等之間的不同對比關(guān)系直接關(guān)系到求解模型的精確性。故對反映方坯移動時載荷的 動態(tài)分布進行真實的數(shù)學描述時需從方坯間隔移動的特征與過程開始分析。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有方坯動態(tài)計算的不足，提供了一種方坯 間隔移動的動態(tài)分析方法，通過該方法能提供一種方坯間隔移動的動態(tài)分析思路，使計算 接近真實情況，精確完成對各支撐連接部分的動態(tài)校核，為設(shè)計優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案包括以下步驟Si)對方坯支撐梁的長度進行離散劃分，得到劃分后的離散節(jié)點及單元數(shù)；然后 設(shè)定方坯間隔移動動態(tài)分析所需的參數(shù)并進行參數(shù)間的運算；S2)建立方坯間隔移動的動態(tài)模型，對方坯移動時的載荷分布進行描述；S3)根據(jù)S2)建立的動態(tài)模型，對方坯間隔移動的動態(tài)過程進行計算，完成方坯間 隔移動的動態(tài)分析過程。本發(fā)明的主要優(yōu)點在于(1)能真實地反映方坯移動時載荷的動態(tài)分布，全面地描述了帶有間隙的方坯在支撐梁上移動的全過程，能精確地完成對各支撐連接部分的動態(tài)校核，這為設(shè)計優(yōu)化提供
理論基礎(chǔ)。(2)完全摒棄了以前動態(tài)載荷分布求解的局限性，對具有一定寬度，且間隙移動的 連續(xù)過程的計算具有良好的通用性與適應(yīng)性，計算精度高。間隙為0和寬度為0及單個物 體移動的計算都僅為本發(fā)明算法的一個特例，此算法值得推廣延伸。(3)本發(fā)明的算法可以完成方坯間隙、單個方坯長度、支撐梁距離、方坯移動速度 與時間等參數(shù)之間不同對比關(guān)系時支撐梁的動態(tài)響應(yīng)計算，并實現(xiàn)設(shè)計的最優(yōu)化。


圖1為方坯移動的過程示意圖；圖2為方坯間隔移動的動態(tài)分析計算流程圖；圖3為第一階段某一個過程(t = 0.6s，第一個方坯移至支撐梁，但未完全進入 時)真實載荷分布圖；圖4為第三階段某一個過程(t = 2. 6s，第二個方坯移至支撐梁，但未完全進入 時)真實載荷分布圖；圖5為第五階段某一個過程(t = 19. 4s，第一個方坯還未移至支撐梁最右側(cè))真 實載荷分布圖；圖6為計算圖3 圖5時支撐梁向下的撓度曲線。
具體實施例方式本發(fā)明旨在給出一套對具有一定寬度且間隙移動的連續(xù)過程問題的計算提供一 個具有良好通用性、適應(yīng)性和計算精度高等的計算方法。本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括以下步驟S1)對方坯支撐梁的長度進行離散劃分，得到劃分后的離散節(jié)點及單元數(shù)；然后 設(shè)定方坯間隔移動動態(tài)分析所需的參數(shù)并進行參數(shù)間的運算；S2)建立方坯間隔移動的動態(tài)模型，對方坯移動時的載荷分布進行描述；S3)根據(jù)S2)建立的動態(tài)模型，對方坯間隔移動的動態(tài)過程進行計算，完成方坯間 隔移動的動態(tài)分析過程。在優(yōu)選的實施方式中，步驟S1對方坯支撐梁長度進行離散劃分，得到劃分后離散 節(jié)點及單元數(shù)，離散劃分時最好能保證方坯長度與方坯之間的間隙能達到單元長度的整數(shù) 倍，方坯視為均質(zhì)。然后設(shè)定方坯間隔移動的動態(tài)分析所需參數(shù)并進行參數(shù)間的運算。設(shè)支 撐梁總長為L，梁離散的單元數(shù)nelem，節(jié)點數(shù)為rmode，每個單元的單位長度為deltl，每個 方坯的寬度為w，每個方坯約占的節(jié)點數(shù)為fp_rmum，其總重為fp_mass_t0tal，每個節(jié)點上 所占用的方坯的重量為fp_mass_everyn0de，方坯與方坯之間間隔距離為h，方坯與方坯之 間間隙所占的節(jié)點數(shù)約為gap_n0de_nUm，一個方坯與其隨后間隙的總長所占的節(jié)點總數(shù)為 fp_gap_allnode, 一個方坯與間隙的總長作一個循環(huán)步長為fp_gap_alltotal，當支撐梁上 按間隙全部排滿方坯的個數(shù)為fp_number (取整，有余數(shù)就應(yīng)該加1)，第一個方坯及間隙全 部移出方坯所需的增加的節(jié)點數(shù)為addnode，方坯移動速度為V，方坯移動時間為t，每走一 個支撐梁單元所需的時間為deltt。各參數(shù)間按照公式(1) (10)進行換算，具體如下
7 在優(yōu)選的實施方式中，步驟S2對方坯間隔移動的動態(tài)模型進行數(shù)學描述。對反映 方坯移動時載荷的動態(tài)分布進行真實的數(shù)學描述時需從方坯間隔移動的特征與過程開始 分析。經(jīng)分解，方坯移動的過程如圖1所示。一共經(jīng)歷了五個階段。階段一如圖1中(b)所 示，其反映的是第一個方坯進入支撐梁，但其隨后間隙未進入的情況；階段二 如圖1中(c) 所示，其反映的是第一個方坯和其隨后的間隙進入支撐梁，但第二個方坯未進入的情況；階 段三如圖1中(d)所示，其反映的是第二個方坯及隨后的間隙進入支撐梁，隨著時間的推 移，直至第一個方坯移動到支撐梁最末端的終點時的情況；階段四如圖1中(e)所示，其 反映的是第一個方壞剛好移出支撐梁末端終點，但其隨后的間隙剛好沒有出去這一個過程 的情況；階段五如圖1中(f)所示，其反映的是第一個方壞及隨后的間隙剛好移出支撐梁 末端終點，第二個方坯的在先端正好運行至支撐梁末端終點的情況。然后根據(jù)上述分解的各階段，建立相應(yīng)動態(tài)載荷分布的描述模型。各階段的數(shù)學 描述可用下面各式表示1)階段一，此時只考慮一個方坯在支撐面上，且載荷分布僅與方坯到達支撐面上 的那部分有關(guān)0 < vt 彡 w 時， 2)階段二，此時考慮一整個方坯在支撐面上作用，但作用點隨時間推移向前推進， 推進大小與方坯速度相關(guān)w<vt《w+h 時，

3)階段三
(13)
t = iiXdeltt 對方坯1 :
對方坯2及后續(xù)方坯
(12)
(14)
(17) 對方坯2及后續(xù)方坯
5)階段五
L+w < vt ^ L+w+h 時， 對方坯2及后續(xù)方坯 上述各式中ii_隨時間變化的方坯移動的節(jié)點數(shù)；nodeJoacLrange-隨時間 變化的方坯載荷作用范圍；f_load(t)-某時刻作用于支撐梁上的載荷總和；n0de_l0ad_ range_firSt-階段三中第一個方坯的位置區(qū)間；NINT-對某給定的數(shù)進行取整操作；A-某 給定數(shù)的取整后的余數(shù)；nl_支撐梁上方坯個數(shù)；支撐梁上方坯個數(shù)的循環(huán)變量；1_ P-第二個方坯在后端點的位置；r_p_第二個方坯在前端點的位置；n_r_later-第二個方坯 及隨后移至支撐梁上各方坯的在后端點與在先端點的位置區(qū)間；Am-各階段中進入支撐 梁非整數(shù)個方坯的那部分方坯的重量(計算中可能會有支撐梁上的方坯不為整數(shù)的情況， 這里對非整數(shù)個的那部分方坯按長度比取重量作為支撐梁上的載荷)；firstfp_l-第一個 方坯在后端點位置；firstfp_r-第一個方坯在先端點位置。(3)根據(jù)上述算法，編制方坯間隔移動的動態(tài)分析計算程序，得到不同時刻支撐梁 的變形、應(yīng)力分布情況。與此同時，還可以利用此算法完成方坯間隙、單個方坯長度、支撐梁 距離、方坯移動速度與時間等參數(shù)之間不同對比關(guān)系時支撐梁的動態(tài)響應(yīng)計算，繪制相應(yīng) 結(jié)果曲線，實現(xiàn)設(shè)計的最優(yōu)化。實施例下面結(jié)合某一具體工程實例參數(shù)對本發(fā)明作進一步地詳細說明，方坯間隔移動的動態(tài)分析計算程序可按圖2所示流程進行編制。某一工程各相應(yīng)參數(shù)，如表1所示表1計算參數(shù) 沿方坯移動方向上的支撐梁梁橫向劃分為100等份，根據(jù)式(1)-(10)分別求出相 應(yīng)的計算參數(shù)，然后依據(jù)式(11)_(19)和計算流程圖2中所示的步驟對此工程中的方坯間 隔移動進行動態(tài)分析。具體實現(xiàn)過程如下第一步根據(jù)計算已知條件，當方坯移動時間19. 6s時，方坯只會移動至第三階段 的中間過程，即第一個方坯還未移至支撐梁最右端。定義各項參數(shù)，并按式(i)-(io)進行 基本的參數(shù)換算。第二步按照計算流程圖2中所示的步驟，分別對方坯處在第一階段，第二階段， 第三階段進行編程求解。第一階段，按式(11)對方坯每個時刻移動的節(jié)點的坐標進行捕捉，并確定方坯移 動形成的節(jié)點數(shù)，依據(jù)這些節(jié)點按均布質(zhì)量的方法換算成相應(yīng)的方坯重量，依次對每個時 刻方坯移動形成的節(jié)點施加節(jié)點載荷，實現(xiàn)方坯移動過程中對應(yīng)移動位置的動態(tài)加載，即 節(jié)點載荷與移動時間的映射關(guān)系是通過精確計算各時刻時方坯所對應(yīng)的節(jié)點位置來實現(xiàn)。 圖3給出了 t = 0. 6s (即第一個方坯移至支撐梁，但未完全進入時)施加的真實載荷分布 圖。當方坯進入第二階段時，按式(12)完成計算，計算方式與第一階段相同，但方坯 移動過程中對應(yīng)的節(jié)點位置發(fā)生變化，隨時間向前推移。而在方坯間隙上，不施加載荷，僅 在方坯對應(yīng)的節(jié)點位置施加各時刻對應(yīng)的節(jié)點載荷。當方坯進入第三個階段時。首先，第二個方坯還未完全進入，第一個方坯及其隨后 的間隙隨時間向前推移，相應(yīng)的節(jié)點載荷也向前推移，第二個方坯僅有部分進入支撐梁上， 其相應(yīng)的載荷同樣按均布質(zhì)量的方法換算成相應(yīng)的方坯重量。各相應(yīng)節(jié)點的捕捉與第一步 相同。當?shù)诙€方坯進入后，隨著時間的推移，再進入第三個、第四個等等，直至第一個 方坯到達支撐梁的最右側(cè)。在這個過程中，方坯及其隨后的間隙可以看作是周期的分布，但 有可能會出現(xiàn)梁上分布的方坯非整數(shù)個的情況，即梁的長度不是方坯及其隨后的間隙總長 的整數(shù)倍的情況，需進行方坯個數(shù)的判斷。這里采用式(15)中的取整函數(shù)來完成對方坯整 數(shù)個的判斷，同時引入方坯個數(shù)的循環(huán)變量來對不同時刻梁上各方坯所在位置進行捕捉與 記錄，其記錄方式可按式(15)來進行。如果最后進入梁的方坯僅為一部分方坯，其載荷處 理方式同第二個方坯未完全進入梁的處理方式相同，其余完整方坯及間隙對應(yīng)節(jié)點上的載荷可按第二階段進行處理。按照此步驟，圖4和圖5分別給出了 t = 2. 6s時(即第二個方 坯移至支撐梁，但未完全進入)真實載荷分布圖和t = 19. 4s時(即第一個方坯還未移至 支撐梁最右側(cè)，但梁上周期分布有方坯及隨后的間隙)真實載荷分布圖。第三步，依次類推，可以分別按式(16)_(19)完成第四、第五階段的載荷計算，時 間與節(jié)點載荷的處理方式相同。圖2中，t為各瞬時時刻，、為初始時刻，T為方坯移動的總時間，Atl 八、分 別為第一至第五階段各階段的移動時間。如圖6所示，最后可得支撐梁向下的撓度曲線。本計算是一個隨時間連續(xù)動態(tài)加載和求解的過程，屬于瞬態(tài)計算問題，求解最終 時間是由計算初始條件確定的，不是簡單的載體的疊加，具有很好的相關(guān)領(lǐng)域的延伸性。當 然本方法不局限于上述實施方式，任何人在本發(fā)明的啟示下都可得出其它形式的變形，例 如將僅求解其中的一個過程或?qū)⑽矬w之間的間隙變?yōu)?或?qū)⑽矬w寬度變?yōu)?等，但不論其 作何變化，均落在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
1權(quán)利要求
一種方坯間隔移動的動態(tài)分析方法，其特征在于包括以下步驟S1)對方坯支撐梁的長度進行離散劃分，得到劃分后的離散節(jié)點及單元數(shù)；然后設(shè)定方坯間隔移動動態(tài)分析所需的參數(shù)并進行參數(shù)間的運算；S2)建立方坯間隔移動的動態(tài)模型，對方坯移動時的載荷分布進行描述；S3)根據(jù)S2)建立的動態(tài)模型，對方坯間隔移動的動態(tài)過程進行計算，完成方坯間隔移動的動態(tài)分析過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分析方法，其特征在于步驟Sl中，動態(tài)分析所需的參數(shù)包 括支撐梁總長L，梁離散的單元數(shù)nelem，節(jié)點數(shù)rmode，每個單元的單位長度deltl，每 個方坯的寬度w，每個方坯所占的節(jié)點數(shù)fp_nnum，所有方坯的總重fp_mass_t0tal，每個 節(jié)點上所占用的方坯重量fp_mass_everyn0de，方坯與方坯之間的間隔距離h，方坯與方坯 之間的間隙所占的節(jié)點數(shù)gap_n0de_nUm，一個方坯與隨后間隙的總長所占的節(jié)點總數(shù)fp_ gap_allnode，一個方坯與隨后間隙的總長作為一個循環(huán)的步長fp_gap_allt0tal，當支撐 梁上按間隙全布排滿方坯的個數(shù)fp_number，第一個方坯及隨后間隙全部移出方坯所需的 增加的節(jié)點數(shù)addnode，方坯移動速度V，方坯移動時間t，每走一個支撐梁單元所需的時間 deltt ；參數(shù)間的運算按照下式(1) (10)進行
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分析方法，其特征在于步驟S2具體包括首先將方坯移動的過程分解為五個階段，即階段一，第一個方坯進入支撐梁，但其隨 后間隙尚未進入；階段二，第一個方坯和隨后間隙進入支撐梁，但第二個方坯尚未進入；階 段三，第二個方坯及隨后的間隙進入支撐梁，隨著時間的推移，直至第一個方坯移動到支撐 梁最末端；階段四，第一個方壞剛好移出支撐梁末端，但其隨后間隙剛好未移出；階段五， 第一個方壞及隨后的間隙移出支撐梁末端，第二個方坯正好運行至支撐梁末端；然后根據(jù)上述分解的各階段，建立相應(yīng)動態(tài)載荷分布的描述模型，所需的描述參數(shù)包括隨時間變化的方坯移動的節(jié)點數(shù)ii，隨時間變化的方坯載荷作用范圍nodeJoacL range，某時刻作用于支撐梁上的載荷總和f_load(t)，階段三中第一個方坯的位置區(qū)間 n0de_l0ad_range_first，對某給定數(shù)取整后的余數(shù)Δ，支撐梁上的方坯個數(shù)nl，支撐梁上 方坯個數(shù)的循環(huán)變量j，第二個方坯在后端點的位置1_P，第二個方坯在先端點的位置r_ P，第二個方坯及隨后移至支撐梁上各方坯的在后端點與在先端點的位置區(qū)間n_r_later， 各階段中進入支撐梁非整數(shù)個方坯的那部分方坯的重量Δπι，第一個方坯在后端點位置 firstfp_l，第一個方坯在先端點位置firstfp_r。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分析方法，其特征在于階段一的動態(tài)載荷分布的描述模型按 下述式(11)表示
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分析方法，其特征在于階段二的動態(tài)載荷分布的描述模型按 下述式(12)表示
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分析方法，其特征在于階段三的動態(tài)載荷分布的描述模型按 下述式(13) (15)表示 對方坯2及后續(xù)方坯
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分析方法，其特征在于階段四的動態(tài)載荷分布的描述模型按 下述式(16) (18)表示 L < vt ^ L+w 時，
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分析方法，其特征在于階段五的動態(tài)載荷分布的描述模型按 下述式(19)表示L+w < vt ^ L+w+h 時， 對方坯2及后續(xù)方坯
全文摘要
本發(fā)明提供了一種方坯間隔移動的動態(tài)分析方法，其包括以下步驟S1)對方坯支撐梁的長度進行離散劃分，得到劃分后的離散節(jié)點及單元數(shù)；然后設(shè)定方坯間隔移動動態(tài)分析所需的參數(shù)并進行參數(shù)間的運算；S2)建立方坯間隔移動的動態(tài)模型，對方坯移動時的載荷分布進行描述；S3)根據(jù)S2)建立的動態(tài)模型，對方坯間隔移動的動態(tài)過程進行計算，完成方坯間隔移動的動態(tài)分析過程。通過該方法能提供一種方坯間隔移動的動態(tài)分析思路，使計算接近真實情況，精確完成對各支撐連接部分的動態(tài)校核，為設(shè)計優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。
文檔編號G06F17/50GK101894193SQ20101024094
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月30日
發(fā)明者嚴國平, 姚娟, 孫鐵漢, 盛漢橋, 穆學鋒, 譚輝 申請人:中冶南方工程技術(shù)有限公司