Victor经典案例集第十七篇：Abaqus仿真厚板轧制

Abaqus仿真厚板轧制

一、

原理简介：

将金属坯料通过一对旋转轧辊的间隙（各种形状），因受轧辊的压缩使材料截面减小，长度增加的压力加工方法，这是生产钢材最常用的生产方式，主要用来生产型材、板材、管材。分热轧和冷轧两种。

轧件由摩擦力拉进旋转轧辊之间，受到压缩进行塑性变形的过程，通过轧制使金属具有一定尺寸、形状和性能。

轧制方式按轧件运动分有：纵轧、横轧、斜轧。

纵轧过程就是金属在两个旋转方向相反的轧辊之间通过，并在其间产生塑性变形的过程。

横轧：轧件变形后运动方向与轧辊轴线方向一致。

斜轧：轧件作螺旋运动，轧件与轧辊轴线非特角。

根据金属状态分有：热轧 冷轧。

优点

可以破坏钢锭的铸造组织，细化钢材的晶粒，并消除显微组织的缺陷，从而使钢材组织密实，力学性能得到改善。这种改善主要体现在沿轧制方向上，从而使钢材在一定程度上不再是各向同性体；浇注时形成的气泡、裂纹和疏松，也可在高温和压力作用下被焊合。

缺点

1.经过热轧之后，钢材内部的非金属夹杂物（主要是硫化物和氧化物，还有硅酸盐）被压成薄片，出现分层（夹层）现象。分层使钢材沿厚度方向受拉的性能大大恶化，并且有可能在焊缝收缩时出现层间撕裂。

焊缝收缩诱发的局部应变时常达到屈服点应变的数倍，比荷载引起的应变大得多；2.不均匀冷却造成的残余应力。残余应力是在没有外力作用下内部自相平衡的应力，各种截面的热轧型钢都有这类残余应力，一般型钢截面尺寸越大，残余应力也越大。残余应力虽然是自相平衡的，但对钢构件在外力作用下的性能还是有一定影响。如对变形、稳定性、抗疲劳等方面都可能产生不利的作用。3.热轧的钢材产品，对于厚度和边宽这方面不好控制。我们熟知热胀冷缩，由于开始的时候热轧出来即使是长度、厚度都达标，最后冷却后还是会出现一定的负差，这种负差边宽越宽，厚度越厚表现的越明显。所以对于大号的钢材，对于钢材的边宽、厚度、长度，角度，以及边线都没法要求太精确。

二、

仿真概述：

轧辊半径170mm，工件截面尺寸是40mm*40mm。转速6.28rad/s，工件初始速度是1067.6mm/s,保证在于轧辊接触时同速度，摩擦系数0.3，变形完成之后，厚度减少到原来的42%。取模型的四分之一建模，轧辊下压5mm。

三、

Step By Step 建模操作图文演示

1.

part模块

创建part：工件，并属于材料属性，roller使用的是解析刚体，也可以使用离散刚体的方式，不过要划分网格。草图里面通过创建两个90°的四分之一圆，创建一解析刚体的轧辊并定义参考点：

2.

property模块

3.

Assembly模块

进行装配，装配好之后需要注意的是把两个part移动一下位置，使坐标系处于合适的位置，这样后处理的时候就会比较方便些，位置关系如下：

4.

Step模块

创建分析步并使用质量缩放：

场变量输出增加roller参考点的支反力输出，后处理里面可查看模具的受力；Interaction模块中定义接触时首先指定一下roller的Surface，这里使用的是通用接触，也可以使用接触对接触的方式。

5.

Load模块

创建边界条件并定义初速度：

6.

Mesh模块

单元类型选择的时候记得将Standard改为Explicit，从下面可以看出两者还是不同的，有不同的选项

同时要修改一下默认的设置。网格划分之后如图

7.

job模块

提交计算并查看结果：

进行对称显示处理后：

通过输出支反力查看辊子的受力

增加压下量并使用ALE

下期预告：

Abaqus仿真多道次轧制：

下下期预告：

二维热力耦合轧制仿真，仿真在轧制过程中,研究冷却水速率对轧辊温度的影响：