周智勇，谭辉

（1.中冶南方工程技术有限公司，武汉 430223；2.武钢股份设备维修总厂，武汉 430223）

0 引言

轧机机架是轧机的重要零件，它的刚度和强度的好坏，直接影响到产品的精度和轧机的使用寿命［1］。以前设计轧机机架时，通常采用材料力学的方法，求解出静不定框架的静定力，然后对机架的强度和刚度进行校核，这种方法计算繁杂，设计效率低。随着计算机软件技术的发展，现在轧机机架设计都采用弹性力学有限元法和最优化方法进行［2］。本文通过对某钢厂的轧机机架的优化设计过程的介绍，通过对各种情况下的模拟，得到机架垂直方向的刚度，以及机架的应力分布状况的分析，得到最优的机架设计方案。节约了工程成本，保证了工程质量，对工程设计具有重大的指导意义。

1 机架有限元分析

1.1 机架尺寸及材料

本文针对某钢厂的轧机机架进行了优化设计，并通过有限元分析，计算出机架的变形和刚度。设计机架主要尺寸为高度7 920 mm，宽度2 360 mm，机架截面尺寸400 mm×540 mm，总轧制压力为13 000 kN，采用压上缸形式，机架材料为ZG230-450。

1.2 计算的前提条件

计算前我们提出假设［3］：1）机架仅在上下横梁的中间断面处受垂直力P，且此两力大小相等、方向相反，作用在同一直线上，机架外载荷对称。2）机架结构相对于窗口的垂直中心线对称，忽略由于上下横梁惯性矩不同引起的水平内力。3）机架变形后，机架转角保持不变。

在计算中，取弹性模量E＝1.87×1011N/m2，泊松比v=0.3［4］，对机架进行整体网格划分，然后对各应力集中部位进行局部网格细化。……