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D0I:10.13374/i.i8sn1001t53.2011.02.014 第33卷第2期 北京科技大学学报 Vol 33 No 2 2011年2月 Journal of Un iversity of Science and Technolgy Beijing Feb 2011 热连轧粗轧水平辊多道次可逆轧制宽展有限元模拟 杨春彦2)李忠富*张国柱)郭宝林) 1)北京科技大学机械工程学院，北京1000832)防化指挥工程学院，北京102205 *通信作者，Email lihongff@ustb edu cn 摘要利用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件，建立了平轧辊系一体化的三维弹塑性有限元模型；利用小型重启动方法对 水平辊多道次连续可逆轧制过程进行了模拟计算，分析了不同轧制规程下轧制出相同厚度中间坯的宽展变化以及不同规格 的带钢轧制出不同厚度中间坯的宽展变化，不同轧制规程的模拟结果表明，轧制规程对中间坯的宽度变化关系不大，但是不 同的轧制规程消耗的能量不同，所产生的轧制力和轧制力矩也不同·利用小型重启动既可以保证轧制过程的连续性，又可避 免模型更新法重复建模的复杂性· 关键词热轧；轧制过程：过程控制：宽展：有限元法 分类号TG335.11 FEM si ulation on w idth spread during the m ulti pass and reversing process of rough ing horizon tal rolling for hot strip m ills YANG Chun yan3),LI Zhong-fr),ZHANG Guo-hu,GUO Bao-lin2) 1)School ofMechanical Engineering University of Science and Technology Beijing Beijing 100083 China 2)Insihite of Chen ical Defence Beijing 102205 China *Correspondng author Email lihongh@ustb edu cn ABSTRACT A threedmensional elasticplastic fnite element model FEM)of horizontal rolling integration was established with ANSYS/LSDYNA analysis software The process ofmultipass and continuous reversing horizontal rolling was siulated by a small- scale restartmethod The changes in width spread of equal-thickness intemediate slabs while adopting different rolling schedules and of different thickness intemediate slabs while rolling various strip specifications were analyzed by the model Siulation results of differ ent molling pass"schedules showed that molling schedules affected the w idth spread of intemediate slabs slightly but they may consume different energies leading to different molling forces and force moents The small-scale restart method not only can keep molling processes continuous but also can avoid the complexity of repeated modeling by a model updating method KEY WORDS hot rolling rolling process process control wilth spread:finite elmentmethod 为了了解多道次轧制带钢的宽度变化规律及轧 合金多道次的热轧模拟也取得了较好的精度， 制过程中带钢的力学性能变化，最初对金属多道次 在已有的研究成果中，对金属多道次轧制模拟计算 热连轧变形的研究多是通过实验方法1或者采用 多为轧件的温度场及应力应变的分析，对于水平辊 控制模型[3使全长宽度达到一定的精度，随着计 多道次可逆连续轧制宽度变化的有限元模拟计算文 算机软件技术的发展，以及有限元软件功能的不断 献报道较少).本文利用小型重启动方法针对几 发展和完善，采用有限元软件模拟金属多道次轧制 种规格的板坯进行了水平辊连续可逆轧制模拟计 己成为可能.目前，对H型钢各道次温度场)、轧 算.小型重启动方法与模型更新法相比，保证了轧 制区的内应力场[可和立平轧制的力场进行了数 制过程的连续性，且避免了重复建模的复杂性，采 值分析，对棒线材[⑧)、工业纯铝和中厚板-多 用数值模拟方法按照现场的生产条件进行轧制过程 道次的轧制过程进行了计算机模拟，此外，对高温 的模拟计算，既不耽误生产，又可获得足够的符合现 收稿日期：2010-04-09第 33卷 第 2期 2011年 2月 北 京 科 技 大 学 学 报 ＪｏｕｒｎａｌｏｆＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇ Ｖｏｌ．33Ｎｏ．2 Ｆｅｂ．2011 热连轧粗轧水平辊多道次可逆轧制宽展有限元模拟 杨春彦 12） 李忠富 1）* 张国柱 2） 郭宝林 2） 1） 北京科技大学机械工程学院北京 100083 2） 防化指挥工程学院北京 102205 * 通信作者Ｅ-ｍａｉｌ：ｌｉｚｈｏｎｇｆｕ＠ｕｓｔｂ．ｅｄｕ．ｃｎ 摘 要 利用 ＡＮＳＹＳ／ＬＳ--ＤＹＮＡ有限元分析软件建立了平轧辊系一体化的三维弹塑性有限元模型；利用小型重启动方法对 水平辊多道次连续可逆轧制过程进行了模拟计算分析了不同轧制规程下轧制出相同厚度中间坯的宽展变化以及不同规格 的带钢轧制出不同厚度中间坯的宽展变化．不同轧制规程的模拟结果表明轧制规程对中间坯的宽度变化关系不大但是不 同的轧制规程消耗的能量不同所产生的轧制力和轧制力矩也不同．利用小型重启动既可以保证轧制过程的连续性又可避 免模型更新法重复建模的复杂性． 关键词 热轧；轧制过程；过程控制；宽展；有限元法 分类号 ＴＧ335．11 ＦＥＭ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｎｗｉｄｔｈｓｐｒｅａｄｄｕｒｉｎｇｔｈｅｍｕｌｔｉ-ｐａｓｓａｎｄｒｅｖｅｒｓｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｏｆ ｒｏｕｇｈｉｎｇｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｒｏｌｌｉｎｇｆｏｒｈｏｔｓｔｒｉｐｍｉｌｌｓ ＹＡＮＧＣｈｕｎ-ｙａｎ 12）ＬＩＺｈｏｎｇ-ｆｕ 1）* ＺＨＡＮＧＧｕｏ-ｚｈｕ 2）ＧＵＯＢａｏ-ｌｉｎ 2） 1） ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＢｅｉｊｉｎｇＢｅｉｊｉｎｇ100083Ｃｈｉｎａ 2） ＩｎｓｉｔｕｔｅｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＤｅｆｅｎｃｅＢｅｉｊｉｎｇ102205Ｃｈｉｎａ * ＣｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒＥ-ｍａｉｌ：ｌｉｚｈｏｎｇｆｕ＠ｕｓｔｂ．ｅｄｕ．ｃｎ ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ａｔｈｒｅｅ-ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｅｌａｓｔｉｃ-ｐｌａｓｔｉｃｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌ（ＦＥＭ） ｏｆｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｒｏｌｌｉｎｇｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｗｉｔｈ ＡＮＳＹＳ／ＬＳ-ＤＹＮＡａｎａｌｙｓｉｓｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｍｕｌｔｉ-ｐａｓｓａｎｄｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｒｅｖｅｒｓｉｎｇｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｒｏｌｌｉｎｇｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙａｓｍａｌｌ- ｓｃａｌｅｒｅｓｔａｒｔｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅｃｈａｎｇｅｓｉｎｗｉｄｔｈｓｐｒｅａｄｏｆｅｑｕａｌ-ｔｈｉｃｋｎｅｓｓｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅｓｌａｂｓｗｈｉｌｅａｄｏｐｔｉｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｏｌｌｉｎｇｓｃｈｅｄｕｌｅｓａｎｄｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｈｉｃｋｎｅｓｓｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅｓｌａｂｓｗｈｉｌｅｒｏｌｌｉｎｇｖａｒｉｏｕｓｓｔｒｉｐｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｂｙｔｈｅｍｏｄｅｌ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｄｉｆｆｅｒ- ｅｎｔｒｏｌｌｉｎｇｐａｓｓ-ｓｃｈｅｄｕｌｅｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｒｏｌｌｉｎｇｓｃｈｅｄｕｌｅｓａｆｆｅｃｔｅｄｔｈｅｗｉｄｔｈｓｐｒｅａｄｏｆｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅｓｌａｂｓｓｌｉｇｈｔｌｙｂｕｔｔｈｅｙｍａｙｃｏｎｓｕｍｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｅｎｅｒｇｉｅｓｌｅａｄｉｎｇｔｏｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒｏｌｌｉｎｇｆｏｒｃｅｓａｎｄｆｏｒｃｅｍｏｍｅｎｔｓ．Ｔｈｅｓｍａｌｌ-ｓｃａｌｅｒｅｓｔａｒｔｍｅｔｈｏｄｎｏｔｏｎｌｙｃａｎｋｅｅｐｒｏｌｌｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｂｕｔａｌｓｏｃａｎａｖｏｉｄｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｏｆｒｅｐｅａｔｅｄｍｏｄｅｌｉｎｇｂｙａｍｏｄｅｌｕｐｄａｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄ． ＫＥＹＷＯＲＤＳ ｈｏｔｒｏｌｌｉｎｇ；ｒｏｌｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ；ｐｒｏｃｅｓｓｃｏｎｔｒｏｌ；ｗｉｄｔｈｓｐｒｅａｄ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ 收稿日期：2010--04--09 为了了解多道次轧制带钢的宽度变化规律及轧 制过程中带钢的力学性能变化最初对金属多道次 热连轧变形的研究多是通过实验方法 ［1--2］或者采用 控制模型 ［3--4］使全长宽度达到一定的精度．随着计 算机软件技术的发展以及有限元软件功能的不断 发展和完善采用有限元软件模拟金属多道次轧制 已成为可能．目前对 Ｈ型钢各道次温度场 ［5］、轧 制区的内应力场 ［6］和立--平轧制的力场 ［7］进行了数 值分析对棒线材 ［8］、工业纯铝 ［2］和中厚板 ［9--10］多 道次的轧制过程进行了计算机模拟．此外对高温 合金 ［11］多道次的热轧模拟也取得了较好的精度． 在已有的研究成果中对金属多道次轧制模拟计算 多为轧件的温度场及应力应变的分析对于水平辊 多道次可逆连续轧制宽度变化的有限元模拟计算文 献报道较少 ［12］．本文利用小型重启动方法针对几 种规格的板坯进行了水平辊连续可逆轧制模拟计 算．小型重启动方法与模型更新法相比保证了轧 制过程的连续性且避免了重复建模的复杂性．采 用数值模拟方法按照现场的生产条件进行轧制过程 的模拟计算既不耽误生产又可获得足够的符合现 DOI :10．13374／j．issn1001－053x．2011．02．014