·92 北京科技大学学报 2004年第1期 条件、工艺条件下的板形控制性能，计算机离线 优化，具有较高的分析速度，在普通微机上，分析 仿真可以说是目前惟一可行的方法.针对当前国 一个工况耗时不超过15min.图2为DSR轧机有 际上流行的多种机型，需建立数个完全不同的有 限元模型， 限元仿真模型，并需计算上千个工况下的承载辊 缝形状. 根据所需分析轧机的特点，分别建立了两套 有限元仿真系统，每套系统分别包含多个不同的 有限元模型.仿真系统1可以分析普通的四辊轧 机、四辊HCW轧机、四辊CVC轧机、四辊PC轧 机、六辊CVC轧机、六辊UCMW轧机、六辊 HCMW轧机等各类轧机：仿真系统2专门用于 (a)HCW机 DSR轧机的模拟分析，既可以分析DSR技术的整 体调控行为，也可分析其针对性调控行为， 2.1仿真系统1的开发 常用的计算辊系弹性变形的数值方法有影 响系数法和有限元法，前者计算速度较快，但精 度不及后者.有限元法计算精度有保证，但计算 速度有限，尤其是三维有限元法.由于本次欲计 ≤ 算的轧机机型较多，每种机型又需计算很多工 (b)HCMW/UCMW轧机 况，显然采用常规的三维有限元法不切实际.为 图1二维变厚度有限元模型 此，在北京科技大学陈先霖院士开发的二维变厚 Fig.1 2-dimensional varying thickness finite element 度有限元模型的基础上，针对不同的机型，建立 model 了相应的有限元模型.应用该模型，在普通的微 机上计算一个最复杂的工况所花的时间不超过 1s.而采用国际上通用的知名有限元软件AN SYS建立的有限元模型，计算一个最简单的工况 也需5h以上，要计算一个复杂的工况则需10h 以上，而且对计算机的内存、硬盘存储容量要求 也很高切.在精度方面，经实测数据验证和与AN SYS模型计算的结果比较，采用二维变厚度有限 元模型具有很高的精度，在本次仿真过程中，对 图2DSR轧机有限元模型 Fig.2 Finite element model of DSR mill 于除DSR机型以外的所有机型，均采用二维变厚 度有限元模型.图1是部分机型的二维变厚度有 3仿真结果及其分析 限元模型. 2.2仿真系统2的开发 使用仿真系统1对六种轧机的1944个典型 DSR轧机有着与普通轧机截然不同的结构 工况下的轧机板形控制性能进行了定量模拟计 和载荷情况”，其空心辊套的结构和辊套内壁承 算：同时使用仿真系统2对DSR轧机的378个典 受压块压力的承载方式使得仿真系统1不再适 型工况下的轧机板形控制性能进行了定量模拟 用.为了对DSR轧机进行仿真计算，必须建立三 计算.根据仿真计算结果分析，可得出如下结论： 维实体模型，综合考虑工况、运算规模和计算机 (1)承载辊缝凸度调节域反映了轧机辊缝形 硬件条件等因素，采用国际通行的中等规模有限 状的调节柔性，因此一般都追求更大的调节域面 元分析程序SAP5为分析工具，建立DSR轧机的 积，以使轧机辊缝形状具有较好的调节柔性，图 三维有限元模型，模型进行了较为精细的单元划 3为四辊CVC轧机的辊缝凸度调节域.图中，a为 分，以提高分析的精度.同时模型进行了合理的 单位宽度轧制力为5kNmm:b为单位宽度轧制力北 京 科 技 大 学 学 报 2004 年 第 1 期 条 件 、 工 艺条 件 下 的板 形控 制性 能 , 计 算机 离线 仿 真可 以说 是 目前惟 一可 行的 方法 . 针对 当前 国 际 上流行 的 多种机 型 , 需建 立数 个完 全不 同的有 限元仿真 模 型 , 并需计 算上 千个 工 况下 的承 载辊 缝 形状 . 根 据 所需 分析 轧机 的特 点 , 分别 建立 了两套 有 限元仿 真系 统 , 每套 系统 分别 包含多个 不 同的 有 限元模型 . 仿 真系统 l 可 以分析普通 的 四辊 轧 机 、 四辊 H C W 轧机 、 四辊 C V C 轧 机 、 四辊 CP 轧 机 、 六辊 C V C 轧机 、 六 辊 U C M W 轧 机 、 六 辊 H C M NV 轧机 等 各类 轧 机 ; 仿 真系 统 2 专 门用 于 D S R 轧机 的模拟分 析 , 既 可 以分析 D S R 技术 的整 体 调 控行 为 , 也 可 分析 其针 对性 调 控 行 为 . .2 1 仿真 系统 1 的开 发 常 用 的计 算辊 系 弹 性 变 形 的 数 值 方法 有 影 响 系数 法和 有 限元 法 . 前者 计算速 度较快 , 但精 度 不及 后者 . 有 限元 法计 算 精度 有 保证 , 但计 算 速度 有 限 , 尤 其是 三 维 有 限元 法 . 由于本 次欲 计 算 的 轧机 机 型较 多 , 每种机 型 又 需 计 算很 多工 况 , 显然采 用 常规 的三维 有 限元 法 不切 实 际 . 为 此 , 在北 京科 技大 学陈先 霖 院士 开发 的 二维变 厚 度 有 限元模 型 的基础 上`sl , 针 对不 同的机型 , 建立 了相 应 的有 限元 模型 . 应用 该 模 型 , 在 普通 的微 机 上 计 算 一个 最 复 杂 的工 况 所 花 的 时 间不 趁过 1 5 . 而采 用 国 际上 通 用 的知 名 有 限元 软件 A卜卜 S Y S 建立 的有 限元 模 型 , 计 算一 个最 简单 的工况 也 需 s h 以上 , 要 计 算一 个 复杂 的工 况 则 需 IO h 以上 , 而 且对 计 算机 的 内存 、 硬盘 存 储容 量 要求 也 很 高闭 . 在精 度 方面 , 经 实 测数 据验 证 和 与 A N - S Y S 模 型计 算 的结 果 比 较 , 采 用二 维 变厚 度有 限 元模 型 具有 很 高的精度 . 在本 次 仿 真过 程中 , 对 于 除 D S R 机型 以外 的所 有机 型 , 均采 用二 维变 厚 度有 限元 模 型 . 图 l 是 部分 机型 的二 维变 厚度 有 限元模型 . .2 2 仿 真 系统 2 的 开发 D S R 轧机 有 着与 普通 轧 机 截然 不 同的 结构 和 载荷 情况 口, , 其 空心 辊套 的结 构和 辊套 内壁 承 受 压 块压 力 的承 载 方 式使 得 仿 真系统 1 不 再适 用 . 为 了对 D S R 轧机进行 仿 真计 算 , 必须 建立 三 维 实体 模型 . 综 合考 虑工 况 、 运 算 规模 和 计算机 硬件 条件 等 因素 , 采用 国 际通行 的 中等规 模有 限 元分 析程 序 S A P S 为 分析工 具 , 建立 D S R 轧机 的 三维 有 限元 模 型 . 模 型 进行 了较为精 细 的单元 划 分 , 以提高 分 析 的精度 . 同时模 型进 行 了合 理 的 优 化 , 具有 较 高的分 析速度 , 在普通 微机 上 , 分析 一 个 工况 耗 时不 超 过 巧 m i n . 图 2 为 D S R 轧 机有 限元模 型 . 险冈阶姗声粉姗l栅氏瞅 巨又区因队巫冈朋呱啊仍竹卜卜冈刀刚夕口压牙下 因冈因幽幽冈刚呱 , 州解助冈刀四夕夕夕 回乡牙下 冈 冈 叼 冈 刀 刚 四 田 口 叼 田 田 卿抓琳嘟冈朋陈冈闪冈 一 卿今阴咐林冈呱叭冈冈卜石 、 、 基、 、 l 、 卜卜卜 金卜卜朗卜 幽下下蹬卜不办 缨卜山几八刀缨刁月 月 月尹夕 l 认壑内刁2 1尸 l / \ 入】\ 阴刊叭林」望也」\I/ 夕卜性几 1刀团洲夕卜少切/ 12 / 少 / )/ { / 切九今 (月/ / I 沙 , 门 / 卜叭 碑儿 产 曰尸汗L几 口训卜专 之 少 F ! 亿小囚 卜 穷 卜 寸 么 寸 卜 中 卜 必 卜 小 卜入色 入 1习喇钊咭 \ 、 队l 、 入{ 、 a() H C w 轧机 7啊哪困刚明胡胡训州刚吻 巨三二冈冈M闪训阅冈阴冲入冷叭酬冲侧困四夕口巨二刁 因冈因付付训冈阴附伪竹竹W困四夕夕冈 冈巨了 冈 冈 冈 冈沙 加 切 粉 八 卜 叼 卜冈 冈 困 冈冈 肿沙切 林 们 仲 训 付 喇 朴 刚 阴 厕 阴 刚 阅 闷 阅 阅阅卜互二 l ll黔缈窿 擎困目 ;鬓困翻脚侧瀚脚妞撇峭臼臼事 曰蕊狂`弱 (b ) H C M WU/ C MW 轧机 图 1 二 维 变厚度 有 限元模型 F 咭 · 1 2一汕e n sio n a l v a 叮in g ht i c k . e班 血批 e le m e . t m od el 图 2 D s R 轧机 有限元 模型 iF g. 2 F i . i et e 】e . en 亡. ed el of D SR m 川 3 仿真结 果 及 其分 析 使 用 仿 真系 统 1 对 六 种轧 机的 1 9 4 个 典 型 工况 下 的轧机 板 形 控 制 性 能进 行 了定量 模 拟 计 算 : 同时使用 仿真系统 2 对 D S R 轧 机的 3 78 个典 型工 况 下 的 轧机 板 形 控制性 能进 行 了定 量 模拟 计 算 . 根据仿真计算结果 分析 , 可得 出如下 结论 : ( l) 承 载辊 缝 凸度调 节域 反 映 了轧机 辊 缝形 状 的调 节柔 性 , 因此 一般 都追 求更 大 的调节 域面 积 , 以使 轧机 辊 缝 形状 具 有较好 的调 节柔 性 . 图 3 为 四辊 C V C 轧机 的辊缝 凸度 调 节 域 . 图中 , a 为 单位 宽度 轧制 力 为s k N /m m ; b 为 单位宽度轧制 力