第2期 许焕宾等：横向不均匀润滑轧制理论 .251. 每支工作辊单元数为9032个，每支支持辊单 1工作辊与轧件间接触状态分析 元数为7664个，带钢单元数为6400个，总单元数 1.1建模 为39792个，总节点数为48007个. 1.1.1几何建模 1.1.2接触设置 考虑到辊系是单侧驱动，存在窜辊等非对称因 模型中将轧辊和带钢均设置为可变形体，将轧 素，需建立三维动态弹塑性全辊系有限元模型 辊两端轴承座设置为刚性圆柱台，除施加旋转驱 (图1)，对带钢轧制过程进行仿真.建模参数参照 动的两个轴承座与工作辊间设置为GLUE(粘连) 表1 外，其余相邻实体均设置为TOUCH NG(普通接 触)，对每个刚性体设置相应的主控点和附控点， 1.1.3约束及工况设置 模型用两个载荷工况的顺次计算来实现轧制过 程，工况1，随轧制压力、弯辊力的逐渐加载，实现辊 系静态压下变形：工况2轧压力、弯辊力保持定值， 对驱动面施加渐增旋转驱动，同时施加张力，使带钢 承受轧制力、弯辊力和张力作用的同时，在摩擦力的 图1三维动态弹塑性全辊系有限元模型.(a)轴向祝图： 带动下完成轧制过程.载荷工况1、2和约束情况如 (b)轴测图 表2所示.其中，DXY为X方向和Y方向的位移约 Fg 1 Three dmensional elastic plastic dynam ic fnite eleentmod- 束；OXY为绕X轴和绕Y轴的转动约束；DROZ为 el of a moll system:(a)axial view:(b)axonamnetric drnw ing 绕Z轴的驱动旋转；BFY为Y向弯辊力；RY为Y 表1模型参数 向轧制压力，依此类推。工作辊和支持辊的约束及 Table 1 Panmeters ofmodel 外载均施加在了轴承座所对应的主控点和附控点 建模参数 数值 上·对主控点和附控点的加载等效于对轴承座刚性 工作辊尺寸 800mm X2550mm 面的加载，这与轧机实际加载情况是相当接近的 支持辊尺寸 +1600mm×2250mm 1.2轧件受力状态分析 工作辊辊颈尺寸 -600mm×730mm 1.2.1辊件间轧制压力三维分布 支持辊辊颈尺寸 本800mm/900mm×670mm 图2所示为各部位接触摩擦因数相同时，工作 工作辊轴承座中心距mm 3500 辊与带钢间轧制压力三维分布情况，对其进行分 支持辊轴承座中心距加m 3350 解，图2(b)、(c)汾别为轧制区内沿横向（带钢宽度 轧辊弹性模量GPa 210 方向)、纵向（轧制方向）轧制压力分布情况，D为距 泊松比 0.3 轧制区入口不同位置， 轧件宽度mm 2000 辊件间轧制压力三维分布特点可归纳如下：对 轧件弹性模量GPa 100 于横向，分为边部骤升区、中部平坦区及边部局部凸 轧件屈服极限MPa 66 起区三个区域，各区所占区间基本相同，带钢各横 表2约束加载 Table 2 Constraints and loads applied 加载位置 载荷工况1 载荷工况2 上工作辊 DXZ BFY.OXYZ DXZ OXY.DROZ BFY 下工作辊 DXZ-BFY.OXYZ DXZ OXY.-DROZ -BFY 上支持辊 DXZ OXYZ RFY DXZ OXY.RFY 下支持辊 OXYZ DXYZ DXYZ OXY 带钢 宽度方向对称面DZ头部端面节点DX、OYZ 宽度方向对称面DZ带钢头，尾部端面节点FTENX、BTENX第 2期 许焕宾等： 横向不均匀润滑轧制理论 1 工作辊与轧件间接触状态分析 1∙1 建模 1∙1∙1 几何建模 考虑到辊系是单侧驱动‚存在窜辊等非对称因 素‚需建立三维动态弹塑性全辊系有限元模型 （图 1）‚对带钢轧制过程进行仿真．建模参数参照 表 1． 图 1 三维动态弹塑性全辊系有限元模型． （ａ） 轴向视图； （ｂ） 轴测图 Ｆｉｇ．1 Ｔｈｒｅｅ-ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｅｌａｓｔｉｃ-ｐｌａｓｔｉｃｄｙｎａｍｉｃｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄ- ｅｌｏｆａｒｏｌｌｓｙｓｔｅｍ：（ａ） ａｘｉａｌｖｉｅｗ；（ｂ） ａｘｏｎｏｍｅｔｒｉｃｄｒａｗｉｎｇ 表 1 模型参数 Ｔａｂｌｅ1 Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｍｏｄｅｌ 建模参数 数值 工作辊尺寸 ●800ｍｍ×2550ｍｍ 支持辊尺寸 ●1600ｍｍ×2250ｍｍ 工作辊辊颈尺寸 ●600ｍｍ×730ｍｍ 支持辊辊颈尺寸 ●800ｍｍ／●900ｍｍ×670ｍｍ 工作辊轴承座中心距／ｍｍ 3500 支持辊轴承座中心距／ｍｍ 3350 轧辊弹性模量／ＧＰａ 210 泊松比 0∙3 轧件宽度／ｍｍ 2000 轧件弹性模量／ＧＰａ 100 轧件屈服极限／ＭＰａ 66 每支工作辊单元数为 9032个‚每支支持辊单 元数为 7664个‚带钢单元数为 6400个．总单元数 为 39792个‚总节点数为 48007个． 1∙1∙2 接触设置 模型中将轧辊和带钢均设置为可变形体‚将轧 辊两端轴承座设置为刚性圆柱／台．除施加旋转驱 动的两个轴承座与工作辊间设置为 ＧＬＵＥ（粘连 ） 外‚其余相邻实体均设置为 ＴＯＵＣＨＩＮＧ（普通接 触 ）．对每个刚性体设置相应的主控点和附控点． 1∙1∙3 约束及工况设置 模型用两个载荷工况的顺次计算来实现轧制过 程．工况1：随轧制压力、弯辊力的逐渐加载‚实现辊 系静态压下变形；工况 2：轧压力、弯辊力保持定值‚ 对驱动面施加渐增旋转驱动‚同时施加张力‚使带钢 承受轧制力、弯辊力和张力作用的同时‚在摩擦力的 带动下完成轧制过程．载荷工况 1、2和约束情况如 表 2所示．其中‚ＤＸＹ为 Ｘ方向和 Ｙ方向的位移约 束；ＯＸＹ为绕 Ｘ轴和绕 Ｙ轴的转动约束；ＤＲＯＺ为 绕 Ｚ轴的驱动旋转；ＢＦＹ为 Ｙ向弯辊力；ＲＦＹ为 Ｙ 向轧制压力‚依此类推．工作辊和支持辊的约束及 外载均施加在了轴承座所对应的主控点和附控点 上．对主控点和附控点的加载等效于对轴承座刚性 面的加载‚这与轧机实际加载情况是相当接近的． 1∙2 轧件受力状态分析 1∙2∙1 辊件间轧制压力三维分布 图 2所示为各部位接触摩擦因数相同时‚工作 辊与带钢间轧制压力三维分布情况．对其进行分 解‚图 2（ｂ）、（ｃ）分别为轧制区内沿横向 （带钢宽度 方向 ）、纵向 （轧制方向 ）轧制压力分布情况‚Ｄ为距 轧制区入口不同位置． 辊件间轧制压力三维分布特点可归纳如下：对 于横向‚分为边部骤升区、中部平坦区及边部局部凸 起区三个区域‚各区所占区间基本相同．带钢各横 表 2 约束加载 Ｔａｂｌｅ2 Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓａｎｄｌｏａｄｓａｐｐｌｉｅｄ 加载位置 载荷工况 1 载荷工况 2 上工作辊 ＤＸＺ‚ＢＦＹ‚ＯＸＹＺ ＤＸＺ‚ＯＸＹ‚ＤＲＯＺ‚ＢＦＹ 下工作辊 ＤＸＺ‚—ＢＦＹ‚ＯＸＹＺ ＤＸＺ‚ＯＸＹ‚—ＤＲＯＺ‚—ＢＦＹ 上支持辊 ＤＸＺ‚ＯＸＹＺ‚ＲＦＹ ＤＸＺ‚ＯＸＹ‚ＲＦＹ 下支持辊 ＯＸＹＺ‚ＤＸＹＺ ＤＸＹＺ‚ＯＸＹ 带钢 宽度方向对称面 ＤＺ；头部端面节点 ＤＸ、ＯＹＺ 宽度方向对称面 ＤＺ；带钢头、尾部端面节点 ＦＴＥＮＸ、ＢＴＥＮＸ ·251·