基于ANSYS二次開發(fā)的軋輥磨損研究

吳 娜，魏云平

（唐山學(xué)院 機(jī)電工程系，河北 唐山063000）

板帶鋼尤其是中厚板在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有極其重要的地位。板帶鋼的軋制過(guò)程中，軋輥磨損是難以精確控制的因素之一，控制不當(dāng)既增加輥耗，又對(duì)軋件的板形、板凸度的精確性產(chǎn)生重要影響，制約產(chǎn)品質(zhì)量的提高。因此，進(jìn)一步探究中厚板軋輥間的磨損特性，建立針對(duì)輥間磨損的預(yù)警模型，對(duì)提高軋機(jī)控制水平和改善產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義。［1］

1 基于APDL軋輥專用分析模塊的開發(fā)

ANSYS有限元分析軟件是目前應(yīng)用比較廣泛的大型分析軟件之一，其分析過(guò)程一般包括四部分，即：建立有限元模型－施加邊界條件－求解計(jì)算－結(jié)果分析。為完成這些步驟，ANSYS軟件提供了兩種操作方式，即用戶圖形界面（GUI）操作與參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言（APDL）操作。ANSYS參數(shù)化設(shè)計(jì)語(yǔ)言是一種通過(guò)參數(shù)化變量方式建立分析模型的腳本語(yǔ)言，它可作任何ASCII文件的編輯軟件生成，如記事本文件。在工程實(shí)際中，可以利用APDL開發(fā)專用分析程序?qū)崿F(xiàn)特殊分析的目的，把這些專用的分析程序編寫成一個(gè)個(gè)的宏文件，然后由一個(gè)主分析程序控制整個(gè)流程，在需要的時(shí)候調(diào)用所需要的宏文件。宏文件中經(jīng)常需要給某些參數(shù)進(jìn)行賦值，這時(shí)可以利用APDL的界面語(yǔ)句定制簡(jiǎn)單的參數(shù)賦值界面并建立適當(dāng)?shù)南C(jī)制。當(dāng)所有分析程序和宏文件都編寫好后形成一個(gè)專用分析程序時(shí)，可以在Toolbar上建立相應(yīng)的功能按鈕進(jìn)行程序的驅(qū)動(dòng)和調(diào)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)專用分析模塊的過(guò)程控制［2］。本文利用APDL所開發(fā)設(shè)計(jì)出的專用分析模塊工具條如圖1所示，其包括：數(shù)值模型建立和數(shù)值分析及結(jié)果輸出兩部分。

圖1 添加按鈕后的工具條

1.1 MODEL分析模塊設(shè)計(jì)

本文以某一種中厚板四輥軋機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)為依據(jù)建立軋輥模型，工作輥、支承輥在公稱軋制力作用下壓靠，忽略了軋輥間軸線空間交叉以及軋板跑偏的影響。四個(gè)軋輥（其中兩個(gè)支承輥、兩個(gè)工作輥）在空間布置形式是上下對(duì)稱布置，在中厚板軋制過(guò)程中軋制板材中心層可認(rèn)為在下壓方向不發(fā)生位移變化和塑性變形。因此，在建立實(shí)體模型時(shí)，以板材的中心層作為對(duì)稱平面，僅建立其二分之一的軋輥模型（即一個(gè)支承輥，一個(gè)工作輥以及厚度一半的軋制板材），由于工作輥軸承座不承受軋制力，即工作輥輥身外側(cè)伸出端也不承受軋制力，所以根據(jù)圣維南原理，將工作輥輥身以外的部分予以簡(jiǎn)化，所建模型如圖2所示。

圖2 軋輥工作模型

APDL編寫模型建立可是對(duì)話框命令流為：

單擊MODEL按鈕彈出的對(duì)話框如圖3所示。

圖3 MODEL對(duì)話框

1.2 WORKSOLV分析模塊設(shè)計(jì)

在該模塊中實(shí)現(xiàn)材料屬性、單元屬性的設(shè)置，其命令流如下所示：

單擊WORKSOLV按鈕彈出的對(duì)話框如圖4所示。

圖4 WORKSOLV對(duì)話框

2 結(jié)果的分析對(duì)比

利用本文設(shè)計(jì)的專用模塊試輸入一組軋輥參數(shù)進(jìn)行分析對(duì)比，沿兩軋輥的輥身方向的變形曲線為：工作輥輥身位移圖如圖5，支承輥輥身位移圖如圖6。與牛繼龍的文章《中厚板軋機(jī)軋輥磨損的研究》中得出的工作輥磨損實(shí)測(cè)曲線（圖7）和支承輥實(shí)測(cè)磨損曲線（圖8）的形狀和變化相吻合［3］，說(shuō)明本文所建模型具有較高的實(shí)用性。

圖5 工作輥的輥身位移曲線

圖6 支承輥輥身位移曲線

圖7 工作輥磨損實(shí)測(cè)曲線

圖8 支承輥實(shí)測(cè)磨損曲線

3 結(jié)論

（1）軋輥磨損專用模塊的設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化了軋輥設(shè)計(jì)和輥間磨損分析的過(guò)程，大大提高了軋機(jī)設(shè)計(jì)的效率。

（2）通過(guò)本專用模塊針對(duì)某一軋機(jī)的數(shù)值分析結(jié)果與實(shí)際測(cè)得數(shù)值的比較，可知軋輥工作過(guò)程中沿輥身的磨損變形與實(shí)際測(cè)得情況相吻合。

［1］ 龐志鋒．中厚板軋機(jī)軋輥磨損及其數(shù)學(xué)模型研究［D］．秦皇島：燕山大學(xué)，2004．

［2］ 趙小偉，衛(wèi)良保．基于APDL的橋式起重機(jī)主梁快速優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］．太原科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2012，33（1）：49－53．

［3］ 牛繼龍．中厚板軋機(jī)軋輥磨損的研究［J］．南鋼科技與管理，2005（1）：1－3．