随着数值模拟技术和计算机技术的发展,有限元法在解决大型、复杂的工程问题的能力和效率大大提高,各种大型通用商业有限元分析软件如ANSYS、NASTRAN、MARC等已经广泛应用于国防、航空航天、汽车、机械制造、冶金等各个工业领域。在冶金工业的机械设计、锻造、焊接、金属热处理、钢铁冶金、轧钢等各个专业领域得到较为广泛的应用。对于棒、线、型材轧制变形的有限元模拟,主要侧重于轧件三维变形状况的解析,通过模拟了解轧件变形过程中的塑性流动情况、轧制压力分布、产品形状、尺寸等,普遍采用三维刚塑性有限元进行模拟。同时,与板材轧制过程模拟相比,棒、线、型材轧制变形的模拟更为困难,其几何形状更为复杂、轧件变形不均匀、轧件与轧辊表面接触和脱离很难判定,不过,近年来,在复杂断面型钢变形过程的模拟方面仍取得了很大进步。 在钢轨轧制变形过程中发生了复杂的三维金属流动,采用传统的经典理论解析方法几乎不可能求解,为此,本文借助非线性有限元分析软件MARC对其变形过程进行分析。通过实验室研究,获得了PD3钢轨的材料参数和热传导参数,建立了全三维大变形热力耦合弹塑性有限元模型,成功地实现了60kg/m钢轨精轧变形过程的数值模拟,清晰地观察到了轧件的不均匀变形和畸变过程,得到了轧件在孔型中延伸和宽展情况、等效应变、等效应力以及温度分布、轧制压力大小,通过作者编写的PYTHON程序,得到了钢轨轨高、底宽的变形情况,研究获得了不同工艺参数变化如温度变化、压下量变化、轧前来料尺寸变化、摩擦系数变化、轧辊磨损等对断面尺寸精度的影响规律,分析结果与现场试验结果吻合良好,对实际生产的轧机调整和孔型设计具有指导意义。