有限元异步轧制变形行为的研究模拟+文献综述(4)
1.3 研究的内容、目的和意义
1.3.1 研究的内容
本课题研究的是在不同的轧制路径下，异步轧制变形行为的研究。
（1）利用有限元软件MSC.Marc建立单道次异步轧制模型，单道次异步轧制过程进行模拟，研究轧制工艺对异步轧制搓轧区的影响。
（2）建立同步轧制与异步轧制的模型，对异步轧制轧制过程中的变形行为及规律进行研究。
（3）对不同轧制路径下的异步轧制过程进行模拟，研究不同轧制方式对异步轧制变形行为的研究。
1.3.2 研究的目的和意义
如今，因为异步轧制相比同步轧制具有更显著降低轧制压力与轧制扭矩,降低产品能耗、减少轧制道次、增强轧薄能力、改善产品厚度精度和板形、细化晶粒、提高轧制效率等优点而被越来越多的重视和研究。而有限元分析软件可以使其变形过程中的材料流动、金属微结构和缺陷问题都能很好的模拟出来，帮助技术人员提前预知可能存在的问题和危险而进行避免，这些设计效率高，避免生产材料浪费和缩短新产品开发周期的优点，将有限元软件和异步轧制有效的结合运用是未来的新方向。利用有限元软件模拟异步轧制过程，研究压下量、速比和轧制路径对异步轧制的影响。
2模型的建立
Marc对异步轧制包括: 模型建立、边界条件的设定、接触条件的设定、载荷工况的确定、定义作业参数、提交运行和计算结果的后处理。图2.1为建模流程图。
图2.1 建模流程图
2.1 模型材料的定义
模拟所用材料为AL1100，其主要力学性能参数如表2.1所示，流动应力方程[17]为 ，其中 ，K = 105.67MPa，n = 0.32 ，m = 0.017。
表2.1 AL1100力学性能参数
杨氏模量 泊松比 密度
70GPa 0.35 2.71 g/cm3
2.2 模型的建立
轧件材质为AL1100，其原始高度6mm。轧制过程在二辊异步实验轧机上完成，二辊异步轧机上下轧辊辊径均为130mm，上辊转速为33rpm，而下辊转速为0~33rpm可调，异步轧制过程可通过调整下辊转速实现。
图2.2为轧制平面模型，1为推板，作用是使板材在沿X轴方向运动时，在相反方向有一个加速度而方便板材的咬入；2为轧件，以AL1100为材料的板材；3和4分别是上轧辊和下轧辊；5和6为导板，一方面是使模拟轧制与现实轧制更同步化，在板材下面加以支撑，另一方面是因为异步轧制变形的特殊性，加入导板为防止上下轧辊线速度线差引起的板材的弯曲和严重偏离情况。
图2.2 轧制几何模型
模型中轧件利用四面体单元进行离散，共分成1218个单元，每个单元的尺寸为0.1mm×0.1mm。离散后的轧件网格如图2.3所示。
图2.3 轧件网格
2.3 接触条件的设定
模型中的接触体如图2.4所示。接触条件即为轧制中的库伦摩擦，根据所需分别取了μ=0.2、0.25、0.3、0.35和0.4。
图2.4 接触体的定义
2.4 载荷工况的定义
不管是单道次还是多道次的异步轧制，每道次的轧制时间都设定为0.3s。因为轧件长度较长，并且网格分布较密集，多道次的异步轧制中每道次的步长都设定为700步；单道次异步轧制的步长设定为200步。
2.5多道次轧制过程模拟的实现
轧制路径可分为四种，见图2.5所示，分别是：
1、方向不变轧制（UD)，即在进入下一道次前不改变轧件的初轧方向，也不翻转轧件上下表面的轧制方法。
2、轧制方向轧制（RD），即在进入下一道次前翻转轧件上下表面的轧制方式。
3、横向轧制（TD），即在进入下一道次前改变轧件初轧方向，头尾互换，同时翻转轧件上下表面的轧制方法。