基于图像处理裂纹网简化的连铸辊寿命预测研究

发布时间：2021-05-15 18:48

　　在连铸生产过程中,连铸辊不可避免地会产生热疲劳裂纹、磨损等问题,为确保经济性并可循环利用,往往采用堆焊等技术对连铸辊进行修复。裂纹网过密、扩展深度大会导致连铸辊堆焊前车削量大,造成辊子材料浪费、加工耗时。为了兼顾充分利用连铸辊剩余寿命与及时下线整修这两方面,需要对连铸辊的寿命进行预测,寻求合适的下线时机。连铸辊表面的热疲劳裂纹是由于生产过程中周期性热应力的影响产生,对于连铸辊寿命而言是主要影响因素。本文对某一工况下拉矫辊进行分析,得出了连铸辊上循环热应力的大小。结合实际工况确定了影响连铸辊上的裂纹扩展为I型裂纹。从理论上分析了影响连铸辊热疲劳裂纹扩展的因素,研究了内压力、拉力、弯矩和动态载荷对裂纹尖端应力强度因子扩展的贡献。以应力强度因子为参考变量,通过对不同合并准则进行比较,与连铸辊实际工况相结合,确定了连铸辊上裂纹的合并准则。采用MRF与ICM联合计算的方法对连铸辊上主裂纹进行图像分割提取,通过横向与纵向像素对比,结合连铸辊受力状况,选择裂纹长度作为寿命预测的观测量。利用FRANC3D软件分析连铸辊表面不同形状、不同位置的微裂纹对主裂纹的影响,给出了主裂纹前缘的扩展规律,结合计算结... 

【文章来源】：燕山大学河北省

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题背景与研究现状
    1.2 连铸辊
        1.2.1 连铸辊常见失效方式
        1.2.2 连铸辊结构
    1.3 材料对连铸辊寿命的影响
        1.3.1 单一合金元素对其影响
        1.3.2 连铸辊材料方面研究
        1.3.3 裂纹网简化理论研究
    1.4 本课题的研究方法及主要研究内容
第2章 连铸辊温度场与应力场分析
    2.1 连铸辊的合理简化与假设
    2.2 热边界条件
        2.2.1 内冷区传热计算
        2.2.2 接触换热区传热计算
        2.2.3 自然对流换热区传热计算
    2.3 连铸辊传热的初始条件
    2.4 连铸辊材料的物理性能参数
    2.5 连铸辊横截面的温度场和应力场分布规律
    2.6 本章小结
第3章 连铸辊辊面裂纹网的简化与合并
    3.1 J积分
    3.2 应力强度因子
    3.3 J积分与应力强度因子的关系
    3.4 裂纹尖端的张开位移
    3.5 连铸辊上裂纹扩展速率的推导
    3.6 不同因素对单一裂纹应力强度因子的贡献
        3.6.1 内压力作用下应力强度因子KI,p
        3.6.2 拉力作用下应力强度因子KI,F
        3.6.3 力矩作用下应力强度因子KI,M
        3.6.4 动态载荷的对应力强度因子的影响
    3.7 对于非单一裂纹的应力强度因子的计算
        3.7.1 同一平面内两条不等长的裂纹受单向拉伸
        3.7.2 不同平面内两条偏置平行裂纹受单向拉伸
    3.8 连铸辊表面不同相对位置裂纹的合并处理
        3.8.1 共平面内裂纹的合并处理
        3.8.2 非共平面内裂纹的合并处理
    3.9 本章小结
第4章 连铸辊辊面面裂纹提取及深度方向扩展规律研究
    4.1 基于数字图像处理技术连铸辊辊面的裂纹提取
        4.1.1 马尔科夫随机场模型的建立
        4.1.2 应用ICM分割图像
        4.1.3 裂纹提取
        4.1.4 运动模糊恢复
        4.1.5 连铸辊表面裂纹提取
    4.2 FRANC3D的介绍
    4.3 微裂纹对主裂纹扩展前缘的影响
        4.3.1 偏斜长度对主裂纹扩展前缘的影响
        4.3.2 裂纹间距离对主裂纹扩展前缘的影响
        4.3.3 裂纹形状对主裂纹扩展前缘影响
    4.4 应用裂纹网简化对裂纹网进行化简计算
    4.5 42CrMo钢连铸辊寿命预测及分析
        4.5.1 连铸辊寿命预测实例模型设置
        4.5.2 42CrMo钢连铸辊仿真模型结果分析
    4.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]岩石平行偏置裂纹相互作用规律分析[J]. 朱帝杰,陈忠辉,席婧仪,杨登峰.  岩土工程学报. 2017(02)
[2]42CrMo连铸辊修复硬面药芯焊丝及其堆焊层组织与性能研究[J]. 武昭妤,王琪琳.  中国包装工业. 2014(24)
[3]连铸辊子失效分析及工艺改进[J]. 裘俊彦,潘安霞.  铸造技术. 2014(12)
[4]浅谈数字图像处理的应用与发展趋势[J]. 贺东霞,李竹林,王静.  延安大学学报(自然科学版). 2013(04)
[5]结晶器足辊故障分析与改进[J]. 冯彦军.  河北冶金. 2012(11)
[6]连铸扇形段托辊失效原因分析及解决措施[J]. 毛成杰,李波.  冶金丛刊. 2012(03)
[7]马尔可夫随机场理论在目标跟踪中的应用[J]. 楚瀛,符杨.  计算机工程与应用. 2011(28)
[8]表面裂纹疲劳扩展寿命可靠性分析[J]. 孙鹏飞,袁杰红.  压力容器. 2011(06)
[9]基于摄像头自动跟踪定位的疲劳裂纹在线测量方法研究[J]. 周见行,高红俐,齐子诚,钱华荣.  中国机械工程. 2011(11)
[10]板坯连铸机HZ102F辊材质要求[J]. 苗宝光.  金属世界. 2010(06)

硕士论文
[1]直齿圆柱齿轮齿根裂纹的扩展分析和疲劳寿命预测[D]. 丁海荣.兰州理工大学 2016
[2]孔边多裂纹结构的裂纹扩展寿命研究[D]. 张禹.北京理工大学 2016
[3]连铸辊堆焊修复技术研究及应用[D]. 徐斌.西安建筑科技大学 2014
[4]板坯连铸辊长寿命技术的探究[D]. 樊树宝.燕山大学 2013
[5]马尔科夫随机场在图像分割方法中的应用研究[D]. 徐迪.哈尔滨工业大学 2013
[6]基于马尔科夫随机场的纹理图像分类[D]. 毕芳.西安理工大学 2010



本文编号：3188157