·1192· 工程科学学报，第39卷，第8期 移时，轧辊水平受力越大发生的挠曲变形也越大，其 型的复杂运动.合理的分析步设置可以保证计算结果 中，中间辊正向偏移轧制对轧辊水平挠度的影响大于 的准确性以及减少计算时间、提高效率.本文模拟需 反向偏移：工作辊反向偏移轧制对轧辊水平挠度的影 要实现的动作依次是：轧机轧制压下、工作辊以及中间 响大于正向偏移 辊弯辊施加、带钢前后张力建立、工作辊旋转、轧制完 成、带钢前后张力撤销、模拟结束 2动态辊系-轧件耦合模型的建立 分析步设置如下：Stepl完成轧机轧制压下和工作 2.1模型参数的确定 辊以及中间辊弯辊施加：Sep2完成带钢前后张力建立 模型中轧辊为弹性材料，轧件为弹塑性材料，这样 和工作辊旋转：Slep3完成带钢前后张力撤销. 可以真实反映轧辊挠曲、压扁以及轧件受力变形和横 2.4接触设置 向流动，具体的材料参数如表2. 模型中采用定义接触对来实现轧辊间以及轧辊与 表2材料参数 带钢的摩擦传递，接触对由主面和从面构成，一共有3 Table 2 Material parameters 组接触对，即支撑辊与中间辊接触、中间辊与工作辊接 参数 数值 触和工作辊与带钢接触.结合已有研究成果与现场实 轧辊弹性模量/MPa 2.1×10 际生产经验，轧辊间摩擦系数为0.12，轧辊与带钢之 轧辊泊松比 0.3 间的摩擦系数为0.15. 轧辊密度/(kgm3) 7.85×103 ABAQUS中实现弹性体自转比较困难，而想要实 带钢弹性模量/MPa 2.06×1035 现刚体自转则相对比较容易，因此，本文模型各个轧辊 带钢泊松比 0.3 两端辊颈上创建刚性片，利用捆绑约束，将其固定在相 带钢密度/(kgm3) 7.85×103 对应的轧辊两端，通过对刚性片的参考点施加约束和 带钢屈服强度/MPa 400 运动传递到轧辊上. 2.2网格的划分 2.5定义边界条件和加载 为保证计算结果的准确性，模型中轧辊辊间接触 为保证动态仿真模型中各轧辊轴向的旋转自 区和轧辊与带钢接触区需进行网格细分，增大网格划 由度(x方向旋转自由度)和辊系在轧制压下方向 分密度，带钢与轧辊单元类型均选择八节点线性六面 的自由度(y方向移动自由度)，模型通过控制轧辊 体非协调单元C3D8I,模型的单元划分如图6所示. 两端的刚性片的自由度来控制各轧辊的自由度，用 来简化轴承与轧辊之间的相互作用：带钢下表面y 模型整体结构 中间辊局部放大 方向自由度固定，其余三个轧辊的轴承仅有y方向 移动自由度：由上支撑辊刚性片下移一定距离实现 轧制压下，工作辊刚体旋转带动工作辊转动实现轧 制过程模拟 2.6模型验证 为了验证轧机辊系模型所计算的结果的可靠性， 结合现场实际，对某厂UCM单机架可逆轧机第一道次 进行有限元模拟.利用便携式超声测厚仪测量轧后钢 卷尾部带钢断面轮廓，并与仿真结果进行对比.模型 设置的初始工艺参数为：带钢宽度为1300mm,来料厚 度为2.5mm,出口厚度为1.83mm,带钢轧前为平坦板 (含有凸度)，工作辊弯辊100kN,中间辊弯辊100kN, 中间辊窜辊20mm,中间辊偏移量为5mm,支撑辊、中 间辊和工作辊辊形都为平辊，模拟带钢第一道次轧制 时的过程，模型的具体参数如表3. 变形区局部放大 通过模型仿真得到带钢轧后断面与现场实测轧后 断面情况如图7所示，通过对比可知，除去边降40mm 图6UCM轧机辊系-轧件耦合模型 Fig.6 Rolls-strip coupling model of UCM mill 后，模型计算平均出口厚度为1.813mm,实测平均出 口厚度为1.826mm,偏差绝对值为0.717%，在合理范 2.3分析步设置 围之内，因此，建立的辊系-轧件耦合模型具有较好的 ABAQUS模型中，通过设置多个分析步来实现模 计算精度，满足实际需求工程科学学报,第 39 卷,第 8 期 移时,轧辊水平受力越大发生的挠曲变形也越大,其 中,中间辊正向偏移轧制对轧辊水平挠度的影响大于 反向偏移;工作辊反向偏移轧制对轧辊水平挠度的影 响大于正向偏移. 2 动态辊系鄄鄄轧件耦合模型的建立 2郾 1 模型参数的确定 模型中轧辊为弹性材料,轧件为弹塑性材料,这样 可以真实反映轧辊挠曲、压扁以及轧件受力变形和横 向流动,具体的材料参数如表 2. 表 2 材料参数 Table 2 Material parameters 参数 数值 轧辊弹性模量/ MPa 2郾 1 伊 10 5 轧辊泊松比 0郾 3 轧辊密度/ (kg·m - 3 ) 7郾 85 伊 10 3 带钢弹性模量/ MPa 2郾 06 伊 10 5 带钢泊松比 0郾 3 带钢密度/ (kg·m - 3 ) 7郾 85 伊 10 3 带钢屈服强度/ MPa 400 2郾 2 网格的划分 为保证计算结果的准确性,模型中轧辊辊间接触 区和轧辊与带钢接触区需进行网格细分,增大网格划 分密度,带钢与轧辊单元类型均选择八节点线性六面 体非协调单元 C3D8I,模型的单元划分如图 6 所示. 图 6 UCM 轧机辊系鄄鄄轧件耦合模型 Fig. 6 Rolls鄄strip coupling model of UCM mill 2郾 3 分析步设置 ABAQUS 模型中,通过设置多个分析步来实现模 型的复杂运动. 合理的分析步设置可以保证计算结果 的准确性以及减少计算时间、提高效率. 本文模拟需 要实现的动作依次是:轧机轧制压下、工作辊以及中间 辊弯辊施加、带钢前后张力建立、工作辊旋转、轧制完 成、带钢前后张力撤销、模拟结束. 分析步设置如下:Step1 完成轧机轧制压下和工作 辊以及中间辊弯辊施加;Step2 完成带钢前后张力建立 和工作辊旋转;Step3 完成带钢前后张力撤销. 2郾 4 接触设置 模型中采用定义接触对来实现轧辊间以及轧辊与 带钢的摩擦传递,接触对由主面和从面构成,一共有 3 组接触对,即支撑辊与中间辊接触、中间辊与工作辊接 触和工作辊与带钢接触. 结合已有研究成果与现场实 际生产经验,轧辊间摩擦系数为 0郾 12,轧辊与带钢之 间的摩擦系数为 0郾 15. ABAQUS 中实现弹性体自转比较困难,而想要实 现刚体自转则相对比较容易,因此,本文模型各个轧辊 两端辊颈上创建刚性片,利用捆绑约束,将其固定在相 对应的轧辊两端,通过对刚性片的参考点施加约束和 运动传递到轧辊上. 2郾 5 定义边界条件和加载 为保证动态仿真模型中各轧辊轴向的旋转自 由度( x 方向旋转自由度) 和辊系在轧制压下方向 的自由度( y 方向移动自由度) ,模型通过控制轧辊 两端的刚性片的自由度来控制各轧辊的自由度,用 来简化轴承与轧辊之间的相互作用;带钢下表面 y 方向自由度固定,其余三个轧辊的轴承仅有 y 方向 移动自由度;由上支撑辊刚性片下移一定距离实现 轧制压下,工作辊刚体旋转带动工作辊转动实现轧 制过程模拟. 2郾 6 模型验证 为了验证轧机辊系模型所计算的结果的可靠性, 结合现场实际,对某厂 UCM 单机架可逆轧机第一道次 进行有限元模拟. 利用便携式超声测厚仪测量轧后钢 卷尾部带钢断面轮廓,并与仿真结果进行对比. 模型 设置的初始工艺参数为:带钢宽度为 1300 mm,来料厚 度为 2郾 5 mm,出口厚度为 1郾 83 mm,带钢轧前为平坦板 (含有凸度),工作辊弯辊 100 kN,中间辊弯辊 100 kN, 中间辊窜辊 20 mm,中间辊偏移量为 5 mm,支撑辊、中 间辊和工作辊辊形都为平辊,模拟带钢第一道次轧制 时的过程,模型的具体参数如表 3. 通过模型仿真得到带钢轧后断面与现场实测轧后 断面情况如图 7 所示,通过对比可知,除去边降 40 mm 后,模型计算平均出口厚度为 1郾 813 mm,实测平均出 口厚度为 1郾 826 mm,偏差绝对值为 0郾 717% ,在合理范 围之内,因此,建立的辊系鄄鄄轧件耦合模型具有较好的 计算精度,满足实际需求. ·1192·