机械工程学报

作者：李志强, 张明泽, 郭宝琦, 陈鹏, 王涛, 黄庆学

单位：1. 太原理工大学机械工程学院 太原 030024;2. 太原理工大学先进金属复合材料成形技术与装备教育部工程研究中心 太原 030024;3. 金属成形技术与重型装备全国重点实验室 太原 030024

关键词：复合轧制,有限元法,接触模型,接触力,中性点；

基金：国家自然科学基金(52305404,52425504);国家自然科学基金区域联合重点(U22A20188)资助项目。

复合轧制是一种快速、高效、环保的金属复合板生产方法，具有广阔的应用前景。复合轧制过程中板材与轧辊以及板材与板材之间的接触是影响复合板变形以及结合强度的关键因素。针对复合轧制过程中复杂的接触非线性问题，基于Mortar法对接触界面进行离散，使用拉格朗日乘子法进行接触约束的施加，构建了复合轧制过程轧辊与板材以及板材与板材之间的接触模型。通过对偶基函数对拉格朗日乘子进行插值，实现了有限元刚度矩阵简化。最后，基于该接触模型对Cu/Al复合轧制过程进行了三维有限元模拟。经验证，该模型在板厚以及轧制力预测方面具有较高的精度。该接触模型能够对接触界面上接触相关参数进行模拟，结果表明：铝板与轧辊接触界面以及铜板与轧辊接触界面以滑动摩擦为主，而铜板与铝板的接触界面以粘着摩擦为主。通过对不同压下率下的复合轧制过程进行模拟，揭示了压下率对中性点以及搓轧区的影响机理以及板材结合界面接触力随压下率的变化规律。结果表明：随着压下率的增加以及与板材中心距离的减小，xN/xL的值减小且压下率的增加使得搓轧区两侧的摩擦力方向发生改变。在板材与板材接触界面上，压力以及摩擦力的峰值位置随着压下率的增加而逐渐远离出口。

来源：2025年第22期

《机械工程学报》期刊编辑部

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