Vol.21 No.4 胡海萍等：Y型三辊变形过程有限元模拟与实验 ·373· 采用1080个8节点三维等参单元对轧件进行 离散，如图3所示.在辊缝处自由表面节点划分 得较密，以便观察轧件的宽展情况.轧件的长度 为70mm,大约是接触弧长的5倍 图3轧件的单元划分 在计算开始时，首先推动轧件，使其与轧辊 图4出口处轧件横截面上单元的形状 接触，然后使轧辊旋转，将轧件咬入，直至稳定 轧制过程的建立 图5为稳定轧制阶段，轧件出口处横断面 2.3结果与讨论 上的应变分布.图5(a)为轧件的等效应变ea的 轧件变形后，出口处横截面单元的形状如 分布，金属的最大变形发生的部位不是轧件表 图4所示，由图可以看出轧件在辊缝处发生宽 面上与轧辊直接接触的地方，而是渗透入轧件 展，并且宽展是不均匀的，在靠近轧辊的地方宽 内部.由图5(b)轧件的径向应变e,分布可以看 展较小，在辊缝中央产生鼓肚.这是因为越靠近 出，轧件总体上是受径向压缩变形的，只是在靠 轧辊，受轧辊约束作用越大的缘故， 近辊缝的小区域受拉伸变形，在辊缝处的自由 (a) (b) A0.347038 --0.320594 A--0.459607 B0.41445 B--0.210948 B—-0.335545 C-0.481863 C--0.101302 C-- 0.211483 D0.008344 D-0.087421 D0.549275 E0.11799 E-0.036642 图5轧件横断面上的应变分布(a)等效应变c,(b)径向应变&，(c)剪切应变e 表面附近，金属在此处受到压缩，这在很大程度 D CB A 上限制了金属的宽展，在作者所掌握的文献中 这个现象还没有被提到过.图5(c)为轧件横截面 上剪切应变e的分布.如果将与轧辊接触的部 分对应的扇形区域称为压下区，将与辊缝对应 的扇形区域称为辊缝区，则在压下区和辊缝区 交界面附近存在较大的剪切应变，这是由金属 在此处流动方向发生剧烈变化造成的，文献[3] 图6过轧件中心线与轧辊垂直的纵剖面上的应变分布 中用流函数上限法解析三辊轧制时，将压下区 A-0.014083,B0.046606,C-0.079128, 和辊缝区的交界面假设为速度不连续面，有限 D0.111651,E0.144174,F-0.176696 元模拟结果也说明这种假设是基本合理的， G-0.209219,H0.241742 图6为过轧件中心线与辊面垂直的对称面 截面假设，有限元计算结果表明这种假设是基 上的应变分布，可以看出金属沿轧制方向的变 本合理的. 形很均匀，文献[3]中在用上限法解析时，采用平 图7所示为卸载后，轧件出口处横截面的 残余应力分布，残余应力的存在影响产品的力￾￾￾ 一￾￾ ￾￾ ￾ ￾ 胡海 萍等 ￾￾ 型三 辊 变 形 过 程 有 限元 模拟 与 实验 采用 ￾￾￾ 个 ￾节 点三 维等参 单 元 对 轧件进行 离散 ￾ 如 图 ￾所 示 ￾ 在辊缝处 自由表 面 节 点划 分 得较密 ， 以便观察轧件 的宽展 情况 ￾ 轧件 的长 度 为 ￾￾刀。￾￾， 大约是 接触 弧 长 的 ￾倍 ￾ 尸 图 ￾ 轧件 的单元划 分 在计算开始 时 ， 首先推动 轧件 ， 使其 与轧辊 接触 ， 然 后 使轧辊旋 转 ， 将 轧件 咬入 ， 直 至 稳 定 轧制 过程 的建立 ￾ ￾￾ 结果与讨论 轧件变形后 ， 出 口 处横截面 单元 的形状 如 图 ￾所示 ￾ 由图可 以看 出轧件在辊缝处发生 宽 展 ， 并且宽展是不均匀 的 ， 在靠近轧辊 的地方 宽 展较小 ， 在辊缝 中央产 生鼓肚 ￾ 这是 因为越靠近 轧辊 ， 受轧辊约束作用 越大 的缘故 ￾ ￾ ￾ 沪 ￾ 乙 以立 ￾￾￾ 爵 图 ￾ 出口 处轧件横截面上 单 元 的形 状 图 ￾为稳 定 轧制 阶段 ， 轧 件 出 口 处 横 断面 上 的应变分布 ￾ 图 ￾￾ 为轧件 的等效应变 凡￾ 的 分 布 ￾ 金 属 的最 大 变形 发生 的部位 不是 轧件表 面 上 与轧辊直 接接触 的地 方 ， 而 是 渗 透入 轧件 内部 ￾ 由图 ￾￾￾ 轧件 的径 向应 变 尽 分 布 可 以看 出 ， 轧件总体上是 受径 向压 缩变形 的 ， 只 是在靠 近辊缝 的小区 域受拉伸变形 ￾ 在辊缝 处 的 自由 ￾ ￾ 一 ￾ 一 ￾ 一 ￾ ￾￾￾￾￾￾ ￾。口 ￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾ ￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾ ￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾ ￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾ 公一￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾ ￾一￾ ￾ ￾￾￾￾￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾ 图 ￾ 轧件横断面上的应变分布￾￾等效应变氏￾， ￾ 径 向应变乙 ， ￾ 剪切应 变命 表 面 附近 ， 金 属 在 此 处 受 到 压 缩 ， 这在 很 大程 度 上 限制 了金 属 的宽展 ￾ 在 作 者 所 掌握 的文 献 中 这 个现象还没 有被提 到过 ￾ 图 ￾￾为轧件横截面 上剪切 应变 命 的分布 ￾ 如果将 与轧辊 接触 的部 分 对应 的扇 形 区 域 称 为 压 下 区 ， 将 与辊缝 对 应 的扇 形 区 域称 为 辊 缝 区 ， 则 在 压 下 区 和 辊 缝 区 交界 面 附近存 在 较大 的剪切 应 变 ￾ 这 是 由金 属 在此处 流 动方 向发 生 剧 烈 变 化造成 的 ￾ 文 献 〔￾ 中用 流 函 数上 限法解析三 辊 轧制 时 ， 将压 下 区 和 辊缝 区 的交界 面假 设 为速度不 连 续 面 ， 有 限 元模拟 结果 也 说 明这种 假 设 是 基本 合 理 的 ￾ 图 ￾为过 轧件 中心 线 与辊 面 垂 直 的对 称 面 上 的应变分布 ￾ 可 以看 出 金属 沿 轧 制 方 向的变 形很均匀 ， 文献￾￾中在 用上 限法解析 时 ， 采用 平 号十赫才 图 ￾ 过轧件中心线与轧辊垂直 的纵剖面上的应变分布 ￾一￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾ ， ￾ ￾一￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾ ， ￾一￾￾￾￾￾￾￾ ， ￾一刁 ￾ ￾￾￾￾￾￾ ， ￾一￾ ￾ ￾￾￾ ￾￾￾ ， ￾一￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾ ， ￾一刃 ￾ ￾￾￾￾￾￾ ， ￾一￾ ￾ ￾￾￾￾￾￾ 截面假 设 ， 有 限元计算结果表 明这种假设是基 本 合 理 的 ￾ 图 ￾所 示 为卸载后 ， 轧件 出 口 处 横截面 的 残余应 力分布 ￾ 残 余应 力 的存在 影 响产 品 的力