凹坑形仿生非光滑轧辊耐磨性研究

论文摘要

从仿生非光滑表面改形和改性相结合角度,对凹坑形仿生非光滑轧辊耐磨性进行研究。依据工程仿生学原理,确定出轧辊耐磨表面的单元形状和尺寸,利用激光技术将所设计的非光滑形态复制到轧辊模型试样上。选用部分正交多项式回归设计试验方案,考查非光滑凹坑单元体的直径、行间距、温度、运行时间和转速对55钢材料表面耐磨性的影响程度。试验研究并分析了不同尺寸及分布密度的W9Cr4V高速钢非光滑试样高温时的磨损特性及耐磨机理。利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对仿生非光滑轧辊的轧制过程进行三维有限元数值模拟;与通钢集团公司及长春市矩型焊管有限责任公司合作进行现场试验研究,非光滑轧辊的寿命比同材质的光滑轧辊寿命提高约2倍左右。

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 仿生学的内涵及研究方法
• 1.2 动物仿生信息及其应用
• 1.2.1 水中动物
• 1.2.2 陆上动物
• 1.2.3 土壤动物
• 1.2.4 飞行动物
• 1.3 植物叶表面的润湿性能及其仿生应用
• 1.4 形态仿生与功能仿生研究进展
• 1.5 轧辊磨损问题的提出
• 1.6 轧辊的磨损形式及其提高其耐磨性的方法
• 1.6.1 轧辊的磨损形式
• 1.6.2 提高轧辊耐磨性的技术与方法
• 1.7 非光滑表面耐磨性研究的现状与进展
• 1.7.1 生物非光滑耐磨表面形态
• 1.7.2 非光滑耐磨表面成型技术
• 1.7.3 非光滑耐磨技术在工程中的应用研究
• 1.7.4 仿生非光滑耐磨技术在工程中的应用研究
• 1.8 本文主要研究内容
• 1.9 本文研究方法
• 1.9.1 高温磨损试验
• 1.9.2 三维有限元数值模拟分析
• 1.9.3 现场试验
• 本章参考文献
• 第2章 仿生非光滑耐磨表面形态设计与试样加工
• 2.1 仿生非光滑理论
• 2.2 仿生设计类型及特定生物非光滑耐磨表面分析
• 2.2.1 仿生设计类型
• 2.2.2 特定生物非光滑耐磨表面分析
• 2.3 仿生非光滑耐磨轧辊表面形态设计
• 2.4 非光滑耐磨轧辊模型试样的加工
• 2.4.1 激光加工原理
• 2.4.2 激光加工参数确定
• 2.5 本章小结
• 本章参考文献
• 第3章 轧辊模型试样高温磨损原理试验
• 3.1 试验设备-MG2000 高速高温摩擦磨损试验机
• 3.2 影响磨损的主要因素及磨损量的测量方法
• 3.2.1 影响磨损的主要因素
• 3.2.2 磨损量的测量方法
• 3.3 55 钢部分正交多项式回归设计
• 3.3.1 试验方案的设计
• 3.3.2 试验方法
• 3.3.3 试验结果的分析
• 3.3.4 主要结论
• 3.4 W9C14V 高速钢摩擦磨损原理性试验
• 3.4.1 试验方案的选择
• 3.4.2 磨损试验
• 3.4.3 试验结果分析
• 3.5 本章小结
• 本章参考文献
• 第4章 轧制过程模拟的有限元理论基础
• 4.1 大变形动力学基本方程和数值计算方法
• 4.1.1 大变形基本理论
• 4.1.2 大变形动力学数值计算方法
• 4.1.3 大变形动力学有限元基本解法与求解
• 4.2 弹塑性材料的本构关系
• 4.3 LS-DYNA3D 接触问题的数值计算方法
• 4.3.1 接触问题的数值方法
• 4.3.2 接触算法的有限元实现
• 4.4 本章小结
• 本章参考文献
• 第5章 仿生非光滑轧辊模型轧制过程三维有限元数值模拟
• 5.1 模型计算参数的选择及轧制模型的建立
• 5.2 仿生非光滑轧辊有限元模型
• 5.2.1 有限元分析模型
• 5.2.2 网格划分
• 5.2.3 边界条件的处理
• 5.2.4 动态接触边界条件的处理
• 5.3 计算结果与轧辊耐磨性能分析
• 5.3.1 光滑与非光滑轧辊耐磨性能分析
• 5.3.2 非光滑轧辊耐磨性能分析
• 5.4 本章小结
• 本章参考文献
• 第6章 仿生非光滑轧辊现场试验
• 6.1 高速线材环轧辊现场试验
• 6.2 50 方定径辊和50 方挤压辊现场试验
• 6.2.1 仿生非光滑轧辊的加工
• 6.2.2 现场试验
• 6.3 本章小结
• 第7章 结论与展望
• 7.1 主要结论
• 7.2 本文主要创新点
• 7.3 问题与展望
• 7.3.1 本文研究中存在的问题
• 7.3.2 下一步研究工作
• 7.3.3 生物非光滑耐磨理论与技术应用及其展望
• 本章参考文献
• 作者在攻读博士学位期间发表学术论文及科研情况
• 致谢
• 中文摘要
• 英文摘要