冷连轧机工作辊热辊型的有限元研究

收稿 日期 ：２ １ ０ １—１ ２—１ ；修 订 日期 ：２ １ ０ ５ ０２— ３—１ １
作者简介 ：于凤琴 （ ９ ５一），女 ，燕山大学机械工程学院机械 １６ 系副教 授 ，主 要从 事 矫 直 以及 轧 机工 艺 等 方 面 的
研究。
是 时 间的 函数 ，增 加 了边 界条 件控 制 的难 度 。 对模 型 简化 方 法 与 差 分法 类 似 ，忽 略轴 承 、
中间对称 面上 节点 自由度 的约束 和轴 对称 中心线 上 节点位 移 的约束 。热边 界条件 的施 加是 建立 该 模 型 的重 点和难 点 。流入 和流 出工作 辊 的热都 有 四部分 ，需要 考虑换 热 的位置较 多 ，边界 条件 复 杂 。由于轧辊 是旋转 的 ，简化模 型后 ，就 相 当 于 二 维轴对 称平 面依 次经过 加热 区 、空 冷 区 、水 冷 区 、接触 换热 区 、水冷 区和空 冷 区 ，热边 界 条件
的辊型参数 ，并将计算结果 和现场实测数据进行 了对 比，数据吻合 良好 ，证 明了有 限元在计算冷连 轧 机工作轧辊热辊型方面的可行 性和实用性 。 关键词 ：冷轧 ；工作辊辊 型；温度场
中 图分 类 号 ：Ｔ ３ ３ Ｇ ３ 文 献标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１０ —１６ （０ ２ ５— ０ ２— ４ ０ １ ９ Ｘ ２ １ ）０ ０ ６ ０
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重 型 机 械
冷 连 轧 机 工作 辊 热 辊 型 的有 限元研 究
于凤 琴 ，杜 凤 山 ，张 国 良
（ 山大学机械学院 ，河北 燕 秦皇岛 ０ ６０ ） ６ ０４
摘
要 ：利用有限元 软件对某钢厂 １０ ７ ０冷连轧 机组 的产 品规格及 轧制工 艺参数进行 计算工作 辊
了计算效 率 。 轧辊 热 凸度求解 模 型包 含 两类边 界 条件 ，即
场方程 ，采 用非线 性迭 代解 法求解 热传 导方程 的 等效 温 度 场 。递 推 公 式 收敛 后 ，在 同一 增 量 步
中 ，更 新温 度值 ，评 价材 料 力 学 性质 和热 应 变 ，
力 边界条 件 和热边 界条件 。力 边界条 件包 括 辊 身
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迭代求 解力 平衡方 程 ，收敛后 ，进行 下一 步分 析
直 到所 需 的增 量步 结束 。
由于轧 辊 热 辊 型 动 态 形 成 过 程 的 时 间 非 常
长 ，建 立轧 辊三维 动态仿 真模 型 ，采 用有 限元 计 算 三 维空 间 实 体 模 型 和一 维 时 间 的 轧 辊 温 度 分
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布 ，计算 量非 常大 。 由于 轧辊 的转速 非 常高 ，轴 向传 热很 少 ，所 以采 取与 差分计 算模 型 同样 的方 法 ，将轧 辊模 型 由三 维 简 化 为二 维 轴 对 称 模 型 ，
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支 承辊 与工作 辊之 间 的热 量传 递和 轧辊对பைடு நூலகம்空 间 的
重 型 机 械
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又 由于轧 辊两 端热传 导 的对称性 ，仅 研究 轧辊 辊
有 限元 ＭＳ ． ｎａ 软 件采 用 交 替 迭代 方 法 Ｃ Ｍｅｔｔ 计 算热 力耦合 问题 ，对 每个增 量步 中 的模 型几 何
形 状进 行更 新 ，在 新 的拉格 朗 日坐标 下分 析温 度
身 长度 的一半 ，这样 既保证 了计 算精 度 ，又 提 高