3500mm轧机支承辊辊型曲线的有限元研究及疲劳寿命分析

发布时间：2017-09-22 03:16

  本文关键词：3500mm轧机支承辊辊型曲线的有限元研究及疲劳寿命分析

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【摘要】：由于轧辊使用和维护技术的落后,致使宽厚板轧机支承辊在使用和维护中出现较多问题,严重影响了支承辊的使用寿命和设备的生产效率。在宽厚板四辊轧机轧制过程中,支承辊边部承受很大的应力,由于应力疲劳造成辊面出现加工硬化,边部硬化程度比中部严重,这就导致了支承辊边部出现了疲劳裂纹,随着裂纹的扩展,支承辊甚至会出现大面积的剥落。本文以3500mm宽厚板四辊轧机支承辊为研究对象,首先利用Hertz接触理论分析了支承辊与工作辊接触区的应力状态,但是Hertz接触理论只考虑了静载法向压力作用,没有考虑到切向力,因此本文又利用滚动接触理论对轧辊接触区进行了探讨,并借助局部滑动理论分析了轧辊微滑的现象。防止支承辊过早失效的一个办法就是设计合理的支承辊辊型倒角曲线,不需要改变现有轧机的结构,也不影响生产进度。合理的辊型设计可以使接触应力沿支承辊辊身分布均匀,减小边部的应力集中。因此本文结合3500mm轧机支承辊现有的几种辊型,提出了一种新的支承辊辊型曲线,并利用ABAQUS有限元软件建立三维轧制模型,对比了新辊型和现有辊型支承辊的应力场、辊系变形以及板形情况,证明了新辊型可以有效的降低支承辊局部应力和弯曲挠度,并可以改善板形质量。本文最后介绍了疲劳理论的相关知识,并结合前面的有限元分析应力结果,采用局部应力应变法,利用FE-SAFE疲劳分析软件对新辊型和现有辊型支承辊进行了疲劳寿命的估算,证明了新辊型可以有效的提高支承辊的使用寿命。
【关键词】：支承辊辊型 辊系变形 板形 应力场 疲劳寿命
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG333.17
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 课题研究背景10-11
• 1.1.1 世界宽厚板轧机发展概论10-11
• 1.1.2 国内宽厚板轧机发展概况11
• 1.2 支承辊失效分析及预防措施11-13
• 1.2.1 支承辊失效分析11-12
• 1.2.2 预防措施12-13
• 1.3 课题国内外研究现状13-15
• 1.3.1 当前支承辊辊型设计方法及研究成果13-14
• 1.3.2 滚动接触应力场的研究14
• 1.3.3 疲劳估算寿命的研究14-15
• 1.4 课题研究意义15-16
• 1.5 课题研究内容16-17
• 第2章 支承辊内应力解析17-26
• 2.1 Hertz接触理论17-20
• 2.1.1 Hertz理论的假设17
• 2.1.2 Hertz接触应力17-20
• 2.2 滚动接触理论20-23
• 2.2.1 考虑法相力作用下的支承辊内部应力场20-21
• 2.2.2 考虑切向力作用下的支承辊内应力场21-22
• 2.2.3 切向力与法向力共同作用下的支承辊内应力场22-23
• 2.3 局部滑移接触理论23-25
• 2.3.1 微滑原理23-24
• 2.3.2 接触面的切应力分布24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第3章 3500mm轧机轧制过程有限元模拟26-44
• 3.1 有限元法概述26-28
• 3.2 ABAQUS简介28-29
• 3.3 四辊轧机的受力状态29-30
• 3.4 支承辊辊型的设计30-33
• 3.5 3500mm四辊轧机轧制过程有限元模型的建立33-39
• 3.5.1 三维实体的建模33-34
• 3.5.2 材料属性的设置34-35
• 3.5.3 分析步的设置35
• 3.5.4 接触关系的设置35-36
• 3.5.5 边界条件定义36-37
• 3.5.6 网格的划分37-38
• 3.5.7 输出变量的设置38
• 3.5.8 提交计算38-39
• 3.6 新辊型支承辊应力场39-43
• 3.6.1 支承辊的接触状态39-40
• 3.6.2 支承辊Mises应力分析40-42
• 3.6.3 支承辊接触应力横向分布42-43
• 3.7 本章小结43-44
• 第4章 支承辊采用不同辊型时应力场、辊系变形以及板形情况分析44-63
• 4.1 辊型曲线不同时支承辊的应力场44-54
• 4.1.1 辊型参数对接触应力的影响44-45
• 4.1.2 接触应力沿轴向分布45-50
• 4.1.3 交变应力沿轴向的分布50-51
• 4.1.4 交变应力沿截面的分布51-53
• 4.1.5 主切应力的分布53-54
• 4.2 支承辊变形情况54-56
• 4.3 板形情况56-62
• 4.3.1 钢板出口厚度57
• 4.3.2 板凸度57-60
• 4.3.3 边部减薄量60-62
• 4.4 本章小结62-63
• 第5章 3500mm四辊轧机支承辊疲劳寿命分析63-79
• 5.1 疲劳的概念63
• 5.2 疲劳寿命的分析方法63-67
• 5.2.1 名义应力法64-66
• 5.2.2 局部应力-应变法66-67
• 5.3 疲劳累积损伤准则67-69
• 5.3.1 线性疲劳累积损伤理论67-68
• 5.3.2 非线性疲劳累积损伤理论68-69
• 5.4 FE-SAFE疲劳分析软件69-70
• 5.4.1 FE-SAFE简介69
• 5.4.2 FE-SAFE疲劳分析流程69-70
• 5.5 支承辊疲劳寿命分析70-78
• 5.5.1 支承辊材料的选择70-71
• 5.5.2 支承辊材料的疲劳性能参数71-73
• 5.5.3 表面粗糙度的设置73
• 5.5.4 疲劳算法的选择73-75
• 5.5.5 疲劳载荷谱的设置75
• 5.5.6 三种辊型疲劳寿命分析75-78
• 5.6 本章小结78-79
• 结论79-81
• 参考文献81-84
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果84-85
• 致谢85

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本文编号：898467