六辊轧机机架参数化有限元分析研究

谢仕鸿

(中冶南方工程技术有限公司上海分公司，上海，201900)

六辊轧机机架参数化有限元分析研究

谢仕鸿

(中冶南方工程技术有限公司上海分公司，上海，201900)

本文针对六辊轧机机架开发了有限元分析软件，并利用软件对1 150 mm六辊可逆冷轧机机架进行了有限元分析，软件设置方便，后处理实用，提高了分析效率。利用编程软件VB.NET开发分析界面，后台调用ANSYS实现建模、求解和后处理。实现了六辊轧机机架有限元分析的参数化、可视化、简单化，友好化。

六辊轧机机架；参数化；有限元分析

0 前言

HC六辊可逆冷轧机具有良好的板型与凸度控制能力，是目前冷轧线上应用很广泛的机型。机架是轧机非常重要的部件，不可更换，轧机运行过程中所有轧制力载荷都要由机架来承担，故机架必须具有足够的强度和刚度，保证轧机的正常运行和轧制精度[1]。

对于轧机的计算，理论上一般采用类比法或材料力学知识校核其强度，但这些方法简化过多，计算结果偏差较大。随着CAE技术的发展，并应用到冶金设备上，不仅能够提高设计的效率，更提高了机架校核的精确度[2]。本文专门针对六辊轧机机架有限元分析开发专用软件，使得机架的有限元分析，变得更加快捷，更加方便，更加人性化。

1 参数定义

根据牌坊的结构特点，再通过大量有限元计算，分析结果，对不重要的机架部位做简化，最终选取基本结构参数作为控制参数，所选主要参数及值如表1，详细参数分布如图1所示。由图可知，有水平方向参数9个，竖直方向参数10个，倒角参数5个及其它参数3个，共有参数27个。

表1 机架参数表

图1 机架参数分布图Fig.1 Frame parameter distribution

2 软件开发

VB.NET[3]是基于.net framework平台的面向对象的程序开发语言，一个专业的界面开发工具，利用它可以实现与ANSYS的通讯，将它强大的界面开发功能与ANSYS的强大计算功能完美结合，实现有限元分析的参数化二次开发[4]，提高设计效率，优化产品设计，提高产品可靠性，节约成本。

利用VB.NET工具箱创建如图2所示的软件界面，在内部编写按钮所实现的功能程序。其中，最为关键的VB.NET调用ANSYS的程序如下所示：

Dim ANSYSPATH As String

①

Dim ANSYSID As Integer

②

ANSYSPATH = "D:ANSYSIncv120 _

ansysinintelansys.exe"

③

ANSYSID = Shell(ANSYSPATH, _

AppWinStyle.NormalFocus)

④

AppActivate(ANSYSID)

⑤

SendKeys.SendWait("input")

⑥

SendKeys.SendWait("{Enter}")

⑦

SendKeys.SendWait("/exit,nosav")

⑧

SendKeys.SendWait("{Enter}")

⑨

将以上程序写入"ANSYS分析"按钮内，单击此按钮即可执行内部命令，调用ANSYS进行计算，计算完成后自动释放程序。以上程序分别代表意义为：①定义存放ANSYS路径的字符串变量；②定义存放激活ANSYS时的程序编号的整型变量；③ANSYS安装路径赋值；④激活ANSYS程序；⑤将输入聚焦到激活的ANSYS程序；⑥将生成好的以input命名宏，输入到ANSYS命令行；⑦给ANSYS发送回车命令，执行input宏；⑧计算完成后自动退出激活的ANSYS程序；⑨给ANSYS发送回车命令，执行退出命令。

图2 六辊轧机机架有限元分析界面Fig.2 The finite element analysis interface of six-high mill housing

分析时，根据所要分析机架的参数，在软件界面输入参数值，输入完成后，点击"ANSYS分析"，即可开始后台运行ANSYS，并进行计算，直到计算完成，弹出完成提示框。

分析完成后，进入后处理查看结果，点击"后处理分析"按钮，即可进入后处理。后处理是在ANSYS界面进行的，进入后处理后，可以通过如图3所示的二次开发后的ANSYS工具条，直观的进行结果查看、图形旋转、图形缩放、结果分析。并且可以绘制立柱和横梁的应力曲线，分析立柱与横梁的应力分布状况。

图3 ANSYS二次开发工具条Fig.3 ANSYS secondary development bar

3 软件分析及后处理功能

3.1 分析概述

分析采用solid186号单元进行计算，单元大小可通过软件界面设置，单元划分全部为六面体单元，单元形状优良，保证了计算结果的准确性。

模型选用某钢厂1 150 mm六辊可逆冷轧机机架进行分析，机架的基本参数和分析设置见图2所示，设置完成后，直接进行计算。

3.2 软件后处理功能

计算完成后，单击"后处理分析"，进入ANSYS界面，通过工具条查看计算结果。主要可以进行以下结果查看：

(1)应力云图。单击工具条上的，即可查看应力云图分布，如图4所示。

图4 应力云图Fig.4 Stress cloud chart

(2)位移云图。单击工具条上的，即可查看位移云图分布，如图5所示。

图5 位移云图Fig.5 Displacement cloud chart

(3)立柱应力曲线。单击工具条上的，即可查看立柱内侧应力线上的应力曲线，如图6所示。

图6 立柱应力曲线Fig.6 Stress curve on the Pillar

(4)上横梁应力曲线。单击工具条上的，即可查看上横梁窗口内的应力线上的应力曲线，如图7所示。

图7 上横梁应力曲线Fig.7 Stress curve on the top beam

(5)下横梁应力曲线。单击工具条上的，即可查看下横梁窗口内的应力线上的应力曲线，如图8所示。

图8 下横梁应力曲线Fig.8 Stress curve on the bottom beam

(6)保存图形。如果需要保存当前窗口内的图形，可以单击工具条上的，图形将自动保存到当前工作目录内。

4 结束语

(1)本文开发了六辊轧机机架专用分析软件，只需通过简单的参数输入，就可以进行机架有限元分析，真正实现了机架有限元分析的参数化、简单化、方便化、实用化，并且降低了有限元分析时设置错误的发生概率，提高了机架有限元分析的效率，节约了时间。

通过软件对机架关键区域的参数进行修正，进行反复计算，找出最优值，从而优化机架设计的尺寸，降低成本、提高机架的强度，推动六辊轧机机架设计的发展。

(2)本文只针对六辊轧机开发了分析软件，今后还需要对冶金设备中不同的、关键的、系列的产品开发相应的有限元分析软件，使得任意一个工程师，即使不懂有限元理论及技术，都可以应用有限元进行辅助设计，优化产品。

[1] 吴旭春，李佑河.基于ANSYS 有限元法的型钢轧机机架分析[J].冶金设备，2010(5)：25-27.

[2] 冯少鹏，陈林.2400mm热轧机机架三维有限元分析[J].机械设计与制造，2009(1)：37-38.

[3] VB.net参考.APDL参数化有限元分析技术及其应用实例[M].北京：中国水利水电出版社，2004.

[4] 博弈工作室.APDL参数化有限元分析技术及其应用实例[M].北京：中国水利水电出版社，200.

[5] 徐庆才，梅丽华.二辊轧机机架有限元分析[J].一重技术，2003(4)：2-3.

[6] 杨清和.950mm冷轧单机架四辊平整机组[J].重型机械，2006(增刊)：30～33.

[7] 孙建召，刘德华.1150mm六辊可逆冷轧机机架有限元分析[J].中国重型装备，2012(4)：11-15.

[8] 鞠德强，赵蔚.平整机机架有限元分析[J].重型机械，2011(2)：52-55.

[9] 邹家祥.冶金机械的力学行为 [M].北京：北京科技出版社，1999.

[10]黄庆学.轧钢机械设计[M].北京：冶金工业出版社，2007.

Research on parametric finite element analysis of six-high mill housing

XIE Shi-hong

(WISDRI Engineering & Research Incorporation Limited, Shanghai 201900, China)

This paper develops finite element analysis software of six-high mill housing. Then the software is used to analyze the 1 150 mm six-high reversing cold rolling mill housing and the results prove that it’s convenient in setting, correct in analysis and utility in the post processing. Next, it develops the analysis interface by VB.NET and model, solves and does post processing by ANSYS. It makes the parametric finite element analysis of six-high mill housing parameterized, visualized, simple and friendly.

six-high mill housing; parametric; FEA

2015-12-20；

2016-01-06

谢仕鸿(1985-)，男，汉，工程师，硕士，研究方向：冶金设备设计。

TG333.11

A

1001-196X(2016)03-0088-04