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一、轧制成型基本原理

轧制过程涉及复杂的力学行为，主要包括：

1. 弹塑性变形：金属材料在轧辊压力作用下发生塑性流动，同时伴随弹性变形
2. 接触摩擦：轧辊与金属表面存在摩擦作用，影响变形区应力分布
3. 温度效应：热轧过程中温度场变化显著影响材料流动应力

二、ABAQUS仿真关键步骤

1.几何建模

• 轧辊建模为解析刚体（Analytical Rigid）
• 轧件采用三维可变形体（3D Deformable）
• 典型几何参数：
  • 轧辊半径 R
  • 轧件初始厚度 h0
  • 压下量​编辑

2.材料定义

# 示例：定义弹塑性材料 material = mdb.models['Model-1'].Material(name='Steel') material.Density(table=((7.85e-9, ), )) material.Elastic(table=((15e5, 0.3), )) material.Plastic(table=( (1.6878e8, 0.0), (2.1933e8, 0.1), (2.7202e8, 0.2), (3.0853e8, 0.3), (3.3737e8, 0.4), (3.6158e8, 0.5), (3.8265e8, 0.6), (4.0142e8, 0.7), # 真实应力-塑性应变数据 ))

3.接触设置

• 采用面面接触（Surface-to-Surface）
• 摩擦模型选择库伦摩擦：法向使用硬接触，切向接触为罚接触，摩擦系数设置为0.4。

4.边界条件

• 轧辊：施加旋转速度
• 轧件：端部施加牵引速度

5.网格划分

• 轧件采用结构化网格
• 轧制方向网格可加密：

  mesh.setElementType(elemType=C3D8R) # 减缩积分单元 mesh.setMeshingControls(elemShape=HEX, technique=SWEEP)

三、热力耦合分析（热轧工况）

对于热轧过程，后续可考虑加入温度场影响：

1. 材料温度相关性：

   material.Plastic( dependencies=2, table=( (500, 0.0, 350e6), # 温度, 应变, 应力 (500, 0.1, 420e6), (1000, 0.0, 150e6) ) )

四、结果后处理

通过 ABAQUS/Viewer 可分析：

1. 等效应力云图（Mises Stress）
2. 轧制力时程曲线

五、应用案例

某钢厂铝板热轧过程仿真：

六、常见问题对策

1. 收敛困难：

   • 减小初始增量步
   • 调整接触罚函数刚度

   contact.setTangentialBehavior( frictionCoeff=0.3, penalty=0.1 # 降低罚数 )

2. 网格畸变：

   • 采用自适应网格重划分（ALE）
   • 增加轧制方向单元数