六辊轧机刚度特性有限元分析

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1、万方数据第14卷第6期2007年12月塑性工程学报JOURNALOFPLASTICITYENGINEERINGV01．14No．6Dec．2007六辊轧机刚度特性有限元分析*(北京科技大学高效轧制国家工程研究中心，北京100083)魏娟杨荃何安瑞王晓东摘要：板带轧机的纵刚度和横刚度对于厚度和板形控制十分重要，研究轧机不同状态下的刚度变化规律对于实现板厚和板形的精确控制具有重要意义。为此，利用有限元方法对某厂六辊轧机建立了有限元模型，分别计算了不同中间辊横移量时的横刚度和纵刚度，分析了中问辊横移对轧机刚度的影响，给出了最佳横移制度，为轧

2、机厚度和板形控制量的调整提供了参考依据。关键词：六辊轧机；有限元法；刚度；轧辊横移中图分类号：TG335．58文献标识码：A文章编号：1007—2012(2007)06一0051一04引言对于普通四辊轧机，当轧机的结构一定时，轧机的纵刚度和横刚度基本上是不变的[1]。但是，在六辊轧机上为了消除有害接触区以实现对板形的有效控制，采用了可以轴向移动的中间辊。由于中间辊横移会改变中间辊和支撑辊间及中间辊和工作辊问的实际接触长度和压扁状态，因此，使轧机的纵刚度和横刚度发生相应的变化。这一问题对于六辊轧机的板形控制和自动厚度控制都是十分重要的。

3、但目前对六辊轧机刚度特性的研究较少，且主要依靠压靠法与轧制法等实验手段。本文将有限元法应用于轧机刚度特陛的理论研究，而且因其高速性和可靠性，可以对不易进行实验研究的课题进行深入探讨。本文利用ANSYS有限元软件，建立了六辊轧机计算模型，对六辊轧机在中间辊横移过程中的刚度特性进行研究，求得了在不同中间辊横移量下，横刚度和纵刚度的变化规律。1有限元分析1．1有限元模型本文以某厂六辊轧机为例建模，辊系尺寸为：工作辊烈25mm，辊身长度1530mm；中间辊*国家重大技术装备研制项目(技术攻关)计划(zz02—13昏03—03)。魏娟E_Ⅱmi

4、l：weijuan一1212@163．com作者简介：魏娟，女，1981年生，天津人，硕士研究生，主要研究方向为六辊轧机板形控制性能研究收稿日期：2006—10一21；修订日期：2006—12一08西490mm，辊身长度1510mm；支持辊垂1300mm，辊身长度1500mm。所建立的六辊轧机辊系模型如图1所示。模型单元总数为26808个，节点总数为50997个；约束点有6个，分别设在工作辊、中间辊及支持辊两端轴颈中心点上，约束其水平位移，并在一端轴颈中心点上施加轴向位移约束；在支持辊两端轴颈中心点上，设为固定约束。外载为作用在工作辊

5、上轧件宽度的轧制力(按均布载荷考虑)及工作辊、中间辊两端轴颈中心点上的弯辊力。此有限元模型采用1／2辊系模型，其力学模型更接近实际情况，且有效地缩短了计算时间。图1六辊轧机有限元模型Fig．1Finiteelementmodelofsix—highnlill1．2接触问题的分析用ANSYS有限元法对模型做非线性分析的关键在于接触问题。图1的模型中中间辊与支持辊、工作辊的接触面均设置为柔一柔面面接触。ANSYS提供了两种对于面一面接触单元的接触算法：罚函数法和扩展拉格朗日算法。后者是为了找到精确的拉格朗日乘数而对罚函数修正项进行迭代，这

6、种算法不易万方数据52塑性工程学报第14卷引起病态条件，对接触刚度的灵敏度较小，但是有时需要更多的计算时问[2]。接触力R的计算如下：对于罚函数法E一』og>o(1)F。一《。+(1)“【K。·耵g≤0对于扩展拉格朗日算法R—min(0，K。·gr+昏1)(2)式中g，——接触面问的间隙值K。——表面间的接触刚度K。的选取对计算的收敛性和计算结果有很大的影响，K。取小了，则辊问渗透严重，与实际不符；取大了，则易出现不收敛。ANSYS给出的K。的选择范围为K。一(0．01～10)·E·L(3)式中E——接触材料的杨氏模量，若两种材料不同

7、，取小值L——特征接触长度，取决于问题几何形状的特征性可以看出，ANSYS给出的K。范围较大，实际计算中需反复计算才能确定，臼卅为第i+1次迭代中拉格朗日乘子力，其值为盱r江≯g’棠裟三t∞式中苗——ANSYS内的计算所得的因子苗<1F丁oLN——人为给出的拉格朗日算法所允许的最大接触穿透值本文在计算中采用扩展拉格朗日算法。2横刚度特性2．1轧机横刚度轧机的横刚度一般用横刚度系数点，表示，aP⋯意s一面∞)式中aP——轧制力的波动值狮——板凸度的波动值一般情况下，轧制力P与板凸度垂的关系比较复杂，板凸度还受到弯辊力、温度分布等因素的影

8、响[3]。但当其他条件均不变，且轧制力在正常的工作范围内波动时，则可以近似地认为轧制力P与西之间的关系是线性的，因此，可以近似地将式(5)改写成差分形式护毯=篾㈤式中P，，P。——在工作范围内的两个轧制力函，，亟——与P