1880热轧支承辊有限元分析及磨削规律研究

论文摘要

在工程实际中,支承辊在正常的工作条件下,要定期下机架修磨,以消除表面裂纹及次表层萌生裂纹。如果磨削量过小,在随后的使用期间就可能发生裂纹扩展、掉块、剥落等失效模式,造成重大经济损失。如果磨削量过大,则支承辊的有效使用寿命就会降低,经济上也是一种损失。本课题的目标就是研究支承辊在正常工作条件下的合理磨削制度。本文通过建立和分析ABAQUS辊系模型、利用Matlab处理有限元模型数据、研究例题载荷谱作用下辊内和辊间接触应力分布规律及其归一化处理规律、建立基于支承辊内累积疲劳损伤度的磨削规律研究思想、利用Matlab准确模拟支承辊磨削过程等方法和步骤,获得了在例题载荷谱作用下支承辊新磨削制度的整体思想,并利用1880机组F1机架的实际统计载荷谱进行了验证,最终提出了实际使用情况下（随机换辊吨数、随机使用机架）的支承辊新修磨制度。本文研究并获得结果的主要内容如下：①建立并分析ABAQUS辊系有限元模型。在保证模型结果正确性的前提下,充分考虑了辊型曲线、端部倒角、PC交叉角、温度场和轧制力矩等因素对模型的影响；②利用Matlab软件对模型应力结果进行数据处理。与Hertz理论对比确定导致支承辊破坏的主导接触应力,并获得其在支承辊内的周向、径向和轴向的分布规律；③根据不同载荷情况对支承辊内应力分布规律的归一化处理关系,获得例题载荷谱表格中每个位置处的应力分布规律,通过S-N曲线转化,得到疲劳损伤度及累计疲劳损伤度在支承辊内的分布规律；④利用Matlab编制支承辊模拟磨削程序。在获得理想情况（固定换辊吨数和机架）的稳态磨削制度前提下,通过研究F1-F4机架换辊吨数与支承辊磨削量的关系获得实际情况（随机换辊吨数和机架）的支承辊新修磨制度；⑤利用1880机组F1-F4机架实际统计载荷谱验证支承辊新修磨制度的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 相关领域的研究现状
• 1.2.1 轧辊的失效形式
• 1.2.2 接触应力分析的研究现状
• 1.2.3 有限元法的应用现状
• 1.2.4 引起支承辊剥落的主要原因研究现状
• 1.2.5 换辊周期控制技术现状
• 1.3 课题研究的主要内容
• 第2章 1880热轧辊系ABAQUS模型的建立
• 2.1 ABAQUS轧辊辊系模型建立概述
• 2.2 几何建模
• 2.2.1 模型部件（part）
• 2.2.2 几何特性（property）
• 2.2.3 实例装配（assembly）
• 2.3 分析步和结果输出（step）
• 2.3.1 定义分析步
• 2.3.2 定义结果输出
• 2.4 相互作用（assembly）
• 2.4.1 接触属性设置
• 2.4.2 约束属性设置
• 2.5 载荷（load）
• 2.5.1 轧制力的定义及测量方法
• 2.5.2 采用轧制力加载的优势
• 2.5.3 ABAQUS模型中载荷的定义
• 2.6 边界条件（boundary condition）
• 2.7 网格划分（mesh）
• 2.7.1 ABAQUS辊型模型的网格划分
• 2.7.2 ABAQUS辊型模型网格细化研究
• 2.8 模型检查和作业分析（verify & job）
• 2.9 模型结果及可视化处理（result & visualization）
• 2.9.1 ABAQUS有限元模型分析结果的提取
• 2.9.2 辊系辊间接触应力结果及可视化
• 2.9.3 支承辊辊内应力分布结果及可视化
• 2.10 小结
• 第3章 1880热轧辊系ABAQUS模型的分析
• 3.1 ABAQUS轧辊辊系模型建立的正确性验证
• 3.1.1 辊间接触应力CPRESS与经典专著进行对比验证
• 3.1.2 支承辊内平面剪应力及幅值分布规律与经典Hertz理论进行对比验证
• 3.1.3 ABAQUS静态模型与MARC动态模型进行对比验证
• 3.1.4 ABAQUS不同建模方法（参数相同,模型不同）的对比验证
• 3.2 ABAQUS模型载荷施加方式的研究
• 3.3 辊型曲线及PC交角对支承辊辊内及辊间应力场的影响
• 3.3.1 辊型曲线对支承辊辊内和辊间应力结果的影响
• 3.3.2 PC交叉角对支承辊辊内和辊间应力结果的影响
• 3.4 温度场变化对支承辊辊内应力场的影响
• 3.4.1 温度场对支承辊辊内应力场影响概述
• 3.4.2 温度场对支承辊辊内应力场影响模拟
• 3.5 摩擦力及轧制力矩对支承辊辊内应力场的影响
• 3.5.1 摩擦力对支承辊辊内应力场影响概述
• 3.5.2 摩擦力对支承辊辊内应力场影响分析
• 3.6 小结
• 第4章 支承辊内接触应力数据MATLAB处理及规律研究
• 4.1 MATLAB处理ABAQUS模型接触应力数据概述
• 4.1.1 MATLAB处理数据整体思想
• 4.1.2 MATLAB处理数据步骤及各步骤主要程序
• 4.2 主导支承辊接触疲劳破坏应力研究
• 4.2.1 ABAQUS支承辊模型辊内各应力变化趋势
• 4.2.2 主导支承辊接触疲劳破坏应力的确定
• 4.3 不同载荷情况对支承辊辊内应力分布规律的影响
• 4.3.1 不同板宽对支承辊辊内应力分布的影响
• 4.3.2 不同轧制力对支承辊辊内应力分布的影响
• 4.3.3 不同弯辊力对支承辊辊内应力分布的影响
• 4.3.4 不同载荷情况下支承辊辊内应力分布规律的归一化处理
• 4.3.5 不同载荷情况下非线性归一化处理的研究方法概述
• 4.4 小结
• 第5章 基于累积疲劳损伤原理的支承辊磨削规律研究
• 5.1 疲劳损伤度在支承辊中的分布规律
• 5.1.1 疲劳损伤度及累积疲劳损伤度理论基础
• 5.1.2 支承辊内疲劳损伤度分布规律
• 5.1.3 一次换辊周期中支承辊内累积疲劳损伤度分布规律
• 5.2 1880热轧机轧辊辊系载荷谱研究
• 5.2.1 1880轧辊辊系载荷谱统计整体思想
• 5.2.2 1880轧辊辊系的例题载荷谱
• 5.3 支承辊磨削规律研究理论基础
• 5.3.1 支承辊磨削规律研究整体思想
• 5.3.2 支承辊修磨制度研究示例
• 5.4 小结
• 第6章 基于累积疲劳损伤原理的支承辊新修磨制度的建立
• 6.1 轧辊传统磨削制度概述
• 6.1.1 换辊周期法磨削量控制技术
• 6.1.2 硬度测量法磨削量控制技术
• 6.1.3 建立新修磨削制度的优势
• 6.2 例题载荷谱条件下支承辊新修磨制度的研究
• 6.2.1 例题载荷谱各个位置处支承辊内接触应力幅值分布规律
• 6.2.2 例题载荷谱各个位置处支承辊内疲劳损伤度分布规律
• 6.2.3 一次换辊周期中支承辊累积疲劳损伤度的分布规律
• 6.2.4 新修磨制度下的稳态合理磨削量及支承辊磨削稳态过程
• 6.2.5 支承辊不限换辊吨数、不限使用机架情况下稳态磨削量的研究
• 6.2.6 支承辊实际使用情况下（不限机架、不限吨数）稳态磨削量的研究
• 6.3 在实际载荷谱作用下支承辊新修磨制度的建立
• 6.3.1 实际载荷谱各个位置处支承辊内接触应力幅值分布规律
• 6.3.2 实际载荷谱各个位置处支承辊内疲劳损伤度分布规律
• 6.3.3 一次换辊周期中支承辊累积疲劳损伤度的分布规律
• 6.3.4 新修磨制度下的稳态磨削量及支承辊磨削稳态过程
• 6.3.5 支承辊实际使用情况下（不限机架、不限吨数）的稳态磨削量
• 6.3.6 支承辊实际使用条件下新修磨制度的建立
• 6.4 小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 参考文献
• 致谢