基于ANSYS二次開發的軋輥磨損研究

吳 娜，魏云平

（唐山學院 機電工程系，河北 唐山063000）

板帶鋼尤其是中厚板在國民經濟中占有極其重要的地位。板帶鋼的軋制過程中，軋輥磨損是難以精確控制的因素之一，控制不當既增加輥耗，又對軋件的板形、板凸度的精確性產生重要影響，制約產品質量的提高。因此，進一步探究中厚板軋輥間的磨損特性，建立針對輥間磨損的預警模型，對提高軋機控制水平和改善產品質量具有重要意義。［1］

1 基于APDL軋輥專用分析模塊的開發

ANSYS有限元分析軟件是目前應用比較廣泛的大型分析軟件之一，其分析過程一般包括四部分，即：建立有限元模型－施加邊界條件－求解計算－結果分析。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）操作與參數化設計語言（APDL）操作。ANSYS參數化設計語言是一種通過參數化變量方式建立分析模型的腳本語言，它可作任何ASCII文件的編輯軟件生成，如記事本文件。在工程實際中，可以利用APDL開發專用分析程序實現特殊分析的目的，把這些專用的分析程序編寫成一個個的宏文件，然后由一個主分析程序控制整個流程，在需要的時候調用所需要的宏文件。宏文件中經常需要給某些參數進行賦值，這時可以利用APDL的界面語句定制簡單的參數賦值界面并建立適當的消息機制。當所有分析程序和宏文件都編寫好后形成一個專用分析程序時，可以在Toolbar上建立相應的功能按鈕進行程序的驅動和調用，實現對專用分析模塊的過程控制［2］。本文利用APDL所開發設計出的專用分析模塊工具條如圖1所示，其包括：數值模型建立和數值分析及結果輸出兩部分。

圖1 添加按鈕后的工具條

1.1 MODEL分析模塊設計

本文以某一種中厚板四輥軋機的結構參數為依據建立軋輥模型，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。四個軋輥（其中兩個支承輥、兩個工作輥）在空間布置形式是上下對稱布置，在中厚板軋制過程中軋制板材中心層可認為在下壓方向不發生位移變化和塑性變形。因此，在建立實體模型時，以板材的中心層作為對稱平面，僅建立其二分之一的軋輥模型（即一個支承輥，一個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，即工作輥輥身外側伸出端也不承受軋制力，所以根據圣維南原理，將工作輥輥身以外的部分予以簡化，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話框命令流為：

單擊MODEL按鈕彈出的對話框如圖3所示。

圖3 MODEL對話框

1.2 WORKSOLV分析模塊設計

在該模塊中實現材料屬性、單元屬性的設置，其命令流如下所示：

單擊WORKSOLV按鈕彈出的對話框如圖4所示。

圖4 WORKSOLV對話框

2 結果的分析對比

利用本文設計的專用模塊試輸入一組軋輥參數進行分析對比，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《中厚板軋機軋輥磨損的研究》中得出的工作輥磨損實測曲線（圖7）和支承輥實測磨損曲線（圖8）的形狀和變化相吻合［3］，說明本文所建模型具有較高的實用性。

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 工作輥磨損實測曲線

圖8 支承輥實測磨損曲線

3 結論

（1）軋輥磨損專用模塊的設計，簡化了軋輥設計和輥間磨損分析的過程，大大提高了軋機設計的效率。

（2）通過本專用模塊針對某一軋機的數值分析結果與實際測得數值的比較，可知軋輥工作過程中沿輥身的磨損變形與實際測得情況相吻合。

［1］ 龐志鋒．中厚板軋機軋輥磨損及其數學模型研究［D］．秦皇島：燕山大學，2004．

［2］ 趙小偉，衛良保．基于APDL的橋式起重機主梁快速優化設計［J］．太原科技大學學報，2012，33（1）：49－53．

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