热轧镶套支承辊应力场分析及疲劳寿命研究

论文摘要

大型轧机是现代化冶金企业的关键工艺设备，而支承辊又是轧机的关键核心部件。随着现代化热轧板带轧机向大型化、高速化、自动化方向发展，相应对热轧支承辊的要求也越来越高，不仅要求其耐弯不折断而且要有一定的耐磨性，要同时满足这两个要求是非常困难的或成本很高，镶套轧辊的出现解决了这一矛盾问题。本文以一种大型多段镶套支承辊为研究对象，介绍了镶套轧辊的结构及其选材，给出了支承辊辊套与辊芯之间过盈量和预装应力的具体计算方法；利用Hertz弹性接触理论分析了在轧制过程中支承辊与工作辊的接触问题，并利用有关微动摩擦学的部分知识，分析了轧辊之间存在的微滑现象。利用有限元软件ABAQUS对支承辊和工作辊进行建模，对其轧制过程进行仿真研究。首先，建立了计算支承辊温度场的模型，对支承辊温度场进行了仿真计算，得出了达到热平衡后支承辊辊套内部温度场分布规律。其次，对不同套厚及过盈量下的镶套支承辊应力应变场进行了对比分析，总结出了这两个参数对镶套支承辊的影响规律。结合金属疲劳理论和构件微动疲劳理论，分析了支承辊产生疲劳的原因，对镶套支承辊辊套的常规疲劳寿命进行了估算，并将微滑作为一个引发镶套支承辊失效的重要参数进行了探讨。引入应力松弛的概念，对过盈装配辊套的应力松弛现象进行了数值模拟，初步得出了应力的变化值。根据疲劳累积损伤理论分析了裂纹形成规律，为轧辊在辊套表面出现微裂纹至扩展到临界裂纹时的寿命研究做了准备。建立了镶套支承辊的三维模型，模拟得到了支承辊辊套间的挤压应力分布，并探讨了沿辊套长度方向的应力分布，弥补了二维模型的不足。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 支承辊的发展现状
• 1.1.1 铸钢支承辊
• 1.1.2 锻钢支承辊
• 1.1.3 复合铸钢支承辊
• 1.2 课题研究意义
• 1.3 课题国内外研究现状
• 1.3.1 轧辊辊套技术的发展现状
• 1.3.2 金属疲劳寿命的研究方法
• 1.3.3 微动疲劳研究进展
• 1.4 本文研究内容和研究方法
• 1.4.1 课题研究内容
• 1.4.2 研究方法
• 1.4.3 技术路线
• 第2章 镶套支承辊的材料及过盈量
• 2.1 镶套支承辊的材料
• 2.2 过盈量的计算
• 2.2.1 过盈配合的基本概念
• 2.2.2 过盈配合计算的假设条件
• 2.2.3 过盈联结过盈量的计算
• 2.2.4 辊套模型实例解析
• 2.3 本章小结
• 第3章 镶套支承辊辊套应力解析
• 3.1 支承辊的结构及其受力分析
• 3.2 支承辊辊套所受载荷分析
• 3.2.1 装配应力
• 3.2.2 静止接触应力分析
• 3.2.3 滚动接触状态下接触应力分析
• 3.3 支承辊辊套热应力计算
• 3.4 本章小结
• 第4章 镶套支承辊有限元分析
• 4.1 有限元法分析及 ABAQUS 简介
• 4.1.1 有限元法分析
• 4.1.2 ABAQUS 简介
• 4.2 支承辊有限元分析
• 4.2.1 支承辊工作的力学特点
• 4.2.2 支承辊与工作辊有限元模型的简化分析
• 4.2.3 热轧镶套支承辊温度场模拟
• 4.2.4 热轧镶套支承辊应力应变场分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 镶套支承辊疲劳寿命研究
• 5.1 常规疲劳寿命估算
• 5.2 微动影响下的寿命探讨
• 5.3 应力松弛影响下的寿命探讨
• 5.4 支承辊疲劳裂纹扩展
• 5.4.1 疲劳裂纹扩展规律
• 5.4.2 疲劳裂纹扩展寿命
• 5.5 本章小结
• 第6章 镶套支承辊三维模型
• 6.1 模型的建立
• 6.2 模拟结果
• 6.3 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
• 作者简介