薄板轧制有限元分析李云摘要:根据薄板轧制中出现的大变形、大位移兼有弹性变形的特点,选用弹塑性有限元法对该过程进行分析,建立薄板冷轧的有限元模型,并在LS-DYNA软件平台上进行有限元分析求解,对轧制全过程进行模拟仿真,得到轧制过程的应力、应变模型.由轧制过程的模拟仿真结果分析,可获得最优的轧制条件,从而更精确的进行质量控制.关键词:薄板轧制;有限元;冷轧;LS-DYNA:TG335112;TB125文献标识码:A:1674-5639(2009)06-0092-02FiniteElementModelofThinPlateCold2rollingLIYun2xiaAbstract:LargedeformationandlargedisplacementisthefeatureofPlaterolling.Accordingtothat,elasto2plasticfiniteelementmethodisusedforanalyzingtheprocessofplaterolling.Byanalyzingit,finiteelementmodelofthinplatecold2rollingiscreated.Themodelisaccountedbyusingthesoftwareforfiniteelementanalysis2LS2DYNA.Thewholeprocessofplaterollingisemulated,andthestress2strainmodelofrolledpieceandrollerisachieved.Basedontherollingprocesssimulation,rollingoptimalconditionsmaybeac2quirable,soastoobtainmoreprecisequalitycontrol.Keywords:thinplateroll;finiteelement;cold2roll;LS2DYNA影响轧板质量的因素很多,各因素之间会产生相互影响,仅凭有限的经验公式和设计准则是不能定性的认识这些因素所带来的影响,应该建立一个轧制过程仿真模型,用这一模型求解能够得到不同工艺条件下应力与应变实时变化情况.国内外的研究者对轧制过程进行了大量的研究,大都采用了刚塑性有限元理论.刚塑性有限元法在计算量和复杂程度上优于弹塑性有限元法,但是当弹性变形量比例较大时,就不能精确计算处于未变形区与塑性区之间的过渡区域变化,也不能处理卸载、残余应力和弹性回复等问题.而弹塑性有限元法把材料的加工硬化、弹性变形、塑性流动等理论融合在一起,并考虑了金属内部质点大位移导致的应力应变非线性变化的特点,这一理论更加适用于薄板轧制过程仿真.本文使用有限元分析软件ANSYS的LS2DYNA非线性分析模块对不同条件下的轧制过程进行分析.LS2DYNA是一款世界著名的以显式为主的大型通用非线性动力分析有限元软件[1],是显式有限元理论和程序的鼻祖[2].采用显式动力学弹塑性有限元分析平板轧制过程,并与经典理论计算结果及实验值进行了比较,结果表明是可靠的[3].通过用LS2DYNA对轧制过程的有限元模拟将为合理设置工艺参数、优化轧制过程、提高产品质量提供科学依据.1有限元分析流程图1为有限元分析的流程.其中建立物理模型和有限元模型是在LS2DYNA的前处理单元进行的;有限元方程的形成和求解是在求解器中进行;在后处理单元根据要获取的内容显示求解的结果.2轧制过程物理模型本文以某钢铁生产企业冷轧钢板车间1700mm轧机组中的某一道次的轧制为原型,对轧制过程进收稿日期:2009-11-01基金项目:昆明学院科研资助项目(2009C005)作者简介:李云霞(1977—),女,云南昆明人,讲师,硕士,主要从事CAD/CAM技术研究.第6期李云霞:薄板轧制有限元分析93行模拟.轧机为四辊轧机,工作辊为传动辊,支撑辊为被动辊.轧制时,轧件以一定的初速度送入正在旋转的轧辊的辊缝中,在摩擦力的作用下轧件向前运动,在辊缝中产生塑性变形.为保证轧件的质量,轧件在入口端有前张力,尾部也有后张力,见图2.其中,辊缝的压下量,工作辊的直径,转速,前、后张力的大小,磨擦系数[4]等都会对轧件的质量产生影响.本文对不同条件下的轧制过程进行分组,以分析各因素对轧制过程的影响.314施加约束和初始条件该模型为总体的1/4模型,轧制过程中,轧件底部在高度方向没有位移,轧件和轧辊在宽度方向的对称面上也没有位移.根据物理模型为轧件添加初速度,前、后张力,为工作辊辊径添加转速,见图3.4轧制过程有限元分析411轧件、轧辊的应力分析压下率为20%时,轧制初期,应力最大值01133×109Pa出现在轧件轧制区中部,轧件咬入后,应力最大值在01112×108～01125×108Pa之间变化,图4所示为0.4s时,轧件的应力云图.在轧制咬入后,轧辊辊身应力云图如图5所示,3轧制过程有限元模型在实际生产中,平辊轧制过程中轧件是上下左右对称的,为了节省计算时间,提高计算精度,只取1/4...