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森吉米尔轧机轧辐挠度三维有限元分析
喻海良1,刘相华1, LEE Gyoo Tack2
（1•东北大学轧制自动化国家重点实验室，沈阳110004,中国； 2•浦项科技大学POSCO技术研究实验室，浦项790-785,韩国；）
摘要：本文采用有限元法对双重AS-U-ROLL辐形调整森吉米尔轧机 的轧车昆挠度模拟分析。分析了轧车昆压力、带钢宽度和轧车昆配置对轧车昆挠度的 影响。分析结果表明：工作车昆上轧制力越大、轧车昆半径越小，其挠度就越大, 但其刚性位移变化很小；当轧制窄且硬度强的带钢时，工作车昆辗端可能会出 现负位移，这将造成工作辐辗端相互接触、摩擦。这项分析结果对今后产品 生产的指导和森吉米尔轧机车昆系的理论分析有重要意义。
关键词：轧车昆挠度森吉米尔轧机有限元分析法双重AS-U-ROLL 1简介
森吉米尔轧机是由工作车昆，第一中间车昆，第二中间车昆和支撑车昆组成的。 森吉米尔轧机广泛应用于轧制铝箔材，不锈钢，硅钢，高精度带钢等。其具 有小工作车昆径，高刚度，高精度特点。目前为止，全世界有400多台二十车昆 轧机。如今，森吉米尔轧机有单AS-U-ROLL车昆形调整和双重AS-U-ROLL 车昆形调整两种。后者如图1所示。由于森吉米尔轧机车昆系复杂，学者们对这 方面做 了很多 研究。比如：KIM1 , ASANO2 , RINGWOOD3,RAY4 , SCHEIDER5, HARA6, BERGER7, FOREHLIG8, PAN?。他们主要研究板 形控制方法或者车昆系配置或者轧车昆摩擦和疲劳损坏等。然而，还没有任何通 过有限元法的研究报告。
板形控制和板带材料微观组织性能的控制研究是板带轧制的两个关键 主题。轧辗的挠度和平直度直接影响板形。因此，轧辗挠度的分析对分析板
形有重要意义。而有限元法1°上是轧辗挠度分析的常用方法。但是，针对森 吉米尔轧机的有限元研究目前还没有任何研究报告。
显式动力有限元法由于其计算快速性和处理接触问题的简易性，广泛应 用于金属变形问题上"5这篇研究中，应用显式动力有限元法对森吉米尔 轧机轧车昆挠度进行模拟分析。同时分析了车昆间压力，板带宽度和轧车昆配置对 轧车昆挠度的影响。
2有限元分析
仿真过程分了 7组，表1列出了各组的对比标准。1-3组用于分析轧制
力对轧辗挠度的影响；1、4、5组用于分析板带宽度对轧辗挠度的影响；1、 6、7组分析了轧车昆配置对轧车昆挠度的影响。
支撑车昆A-D是由一系列零件组成。比如背衬轴承，心轴等。简化分析 模型后，支撑辗分成13部分（7段辗颈，6段辗身），如图2所示。
图1双重AS-U-ROLL森吉米尔轧机示意图
图2支撑辗简化模型
在仿真过程中，主要参数如下：轧辐车昆身长度1346mm,轧车昆密度 7850kg/m3,轧车昆弹性模量为220GPa,, LAD= 1086mm, LBC=415mm, HAB=, W=64mm, L=171mm。其他参数如表 1 所
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表1几何模型参数和计算条件
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由于辗系的对称性，在几何模型里只画出了上面的10个轧辗。仿真模 拟过程中，认为支撑辗辗颈为刚性的。由于AS-U调整结构作用，对其施加 约束Ux. Y. z=0o其他部分认为是弹性的。单元划分方面，选取8节点的六 面体单元划分轧车昆，而且越接近接触位置的单元划分越细（仿真过程有42 个接触对）。轧制压力（通过斯通公式，根据板带变形抗力和轧制规程计算 出来，并且假定其在轧制过程保持不变）加载到工作车昆底部节点上。几何模 型以及辗系单元如图3所示。
图3森吉米尔轧机几何模型及单元划分
3结果分析
由于轧车昆A和D, B和C, I和J, 0和P对称性，所以，只分析了轧 车昆 A、B、I、J、0 和 S。
图4表明了轧车昆在不同的轧制力下的挠度。从图4 (a)中的第一组可 以看出，,。同样从第 二组可以看出，,。第 ,□从图4 (b) 中的第一组可以看出，轧车昆O的