《板材轧制过程的三维有限元分析-MSC.MARC》.pdf

《冶金自动4匕))2005年增-T0 板材轧制过程的三维有限元分析 乔瑞，王长松，盛佳伟 (北京科技大学机械工程学院，北京100083) [摘要】利用计算机仿真手段，研究并讨论了板材在轧制过程中的变形机理及相应的力能参数；采用有限元的 分析软件Mare．Mentat建立了板材轧制过程三维实体有限元模型，并对轧制过程进行各种仿真研究，以在虚拟 环境中真实再现实际的生产过程；用热力耦合法[1]分析了轧件的变形情况，仿真结果与理论计算值相一致。 【关键词】板材轧制；三维变形；有限元 0 引言 对称面1 本文使用有限元的分析软件Mare实现轧制 过程的模拟。对轧制过程中的所有构件进行合理 的模型简化，精确进行三维实体有限元造型。 1计算模型的建立 1．1构建几何模型 称面2 1．1．1轧件模型单元格的建立 (a)z向视图 (b)工向视图 mm×200mm×160 轧件尺寸为13 rlllll(厚度 田1轧制模型 ×宽度×长度)，出口厚度10ram，压下率为 ． ^o一轧件人口厚度；卜咬人角；月一轧辊半径；卜轧 23．08％；轧辊直径为300mill，轧制速度为 件长度；g一轧制方向；，^一厚度方向；r宽度方向 1 000 1．1．2轧辊模型单元格的建立 nun／so 考虑到板带轧制的对称性特点，为了减少计 在以往的有限元轧制过程分析中，为了简化 算单元，节约计算时间，取轧件的1／4断面进行网 模型，往往将轧辊定义为理想的刚性圆柱体，即轧 格划分[1以J。三维模型由二维模型扩展得到，即 辊凸度为零，且不发生形变，但这种方式无法反映 先建立掣平面内的二维模型，划分单元后向：方 轧制过程中，轧辊和轧件的真实受力、变形情况。 向以合适的单元格密度扩展轧件宽度一半的距离 本文将轧辊定义为弹性体，在轧制过程中产生形 即为三维模型。计算模型中采用三维八节点六面 变，因而更好地反映了轧件的受力和变形情况。 mm×4mmX4 由于Mare软件无法直接为单元集合定义旋 体单元，单元尺寸为1．625 nlln，划 分后网格总数为900个。评定单元质量的一个因 转速度，因此将轧辊中心较小半径处置空，建立一 具有转速的刚性面，并定义它与轧辊的关系为粘 素——单元边长比(AR)对于8节点六面体单元 应小于3。而且非线性分析要求更高，因此在网格 合(glue)，使其带动轧辊转动。 划分的过程中应满足这一原则。定义两个正交的 轧辊在单元划分的过程中，首先分别以轧辊 刚性面作为轧件的对称面。因此得到轧件三维弹 半径和刚性驱动面半径建立平面圆形曲线，设置 塑性变形模型如图1所示。根据轧件的入口厚度 好合适的种子点后利用Marc软件的网格划分功 h”出口厚度h，以及轧辊半径尺可求得轧件咬入 能在两圆之间的环形区域内进行平面网格的自动 前与轧辊恰好接触时轧件各特征点的坐标值，并 划分，然后以一定的密度向三维方向扩展成为体 以此作为轧件的初始位置。 单元。在种子点的设置过程中，考虑到轧辊的变 形集中在表面，所以外部种子点密度大于内部。 [收稿日期]2004—1l一11“修改稿收到日期]2004一ll-22 [作者简介]乔瑶(19110一)，女，