大型非均质轧辊辊间接触应力分布规律的研究

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第23卷第7期Vo1．23No．7工程力学2006年7月July2006ENGD旺

2、ERINGMECHANICS176文章编号：1000．4750(2006)07．0176．04大型非均质轧辊辊间接触应力分布规律的研究杜凤山，黄华贵，许志强(燕山大学机械工程学院，河北秦皇岛066001)摘要：针对轧辊表面剥落失效现象，采用非线性有限元方法，考虑轧辊表面淬硬层与其心部金属材料组织性能差别，对四辊轧机工作辊与支撑辊间接触应力问题进行模拟。并将模拟结果与传统强度校核方法进行了对比分析

3、，结果表明非均质条件下的辊间接触应力和支撑辊辊内剪应力峰值及其作用深度均大于传统Hertz公式的计算结果，对于深入分析轧辊的失效行为具有重要意义。关键词：轧辊；接触应力；非均质；淬硬层；剥落；有限元法中图分类号：0346文献标识码：ARESEARCHoNDISTIUBUTIoNLAWoFCoNTACTSTRESSESBETWEENHEAYRoLLERSMADEoFHETERoGENEoUSMATERIALDUFeng．shan，HUANGHua．gui，XUZhi．qiang(CollegeofMechanicalEngin

4、eering。YanShanUniversity,Qinhuangdao。Hebei066004。China)Abstract：Aimingatthesurfacespallingfailureofrollers，thedistributionlawofcontactstressesbetweentheworkingrollandtheback·-uprollofafour-high·-millwassimulatedwithnonlinearfiniteelementmethodconsideringthedifferen

5、tmaterialmicrostrucmreandperformancebetweenhardeninglayerandcoreofrollers．Comparisonoftheavailablesimulatedresultswiththetheoreticalpredictionsusingtraditionalstrengthcheckmethodindicatesthatthecontactstressesbetweenrollers，maximumshearstressbelowtheback-uprollsurf

6、aceanditsactingdepthwereallgreaterthanthetheoreticalpredictionsofHertz’Sformulas，whichisveryimportantfordiscoveringthefailuremechanismofrollers．Keywords：roller；contactstress；heterogeneousmaterial；hardeninglayer；spalling；finiteelementmethod在轧制过程中，轧辊裂纹和表面剥落是轧辊(尤设下根据弹

7、性力学推导出来的，未考虑轧辊表面淬其是硬面支撑辊)失效的主要形式之一。缺陷的产生硬层组织与心部金属材料组织性能的差别对辊间除了与轧辊内部存在的缩孔、夹杂及热处理不当等接触应力分布的影响，同时采用一般辊间光滑接触因素有关【】】外，辊间接触应力也是导致轧辊辊面方法【7l与实际轧制工况不完全一致。实际上，工作剥落的主要原因。辊与支撑辊间的接触摩擦副是相对运动的，属于滚四辊轧机支撑辊和工作辊之间承载时产生强动接触。因此应用Hertz接触理论来分析辊间接触大接触应力，为了防止接触疲劳破坏，目前国内外应力问题属于近似处理。广泛采用赫兹(

8、Hertz)接触理论来进行轧辊强度校核文献【1】在均质条件下研究了轧辊表面剥落接计算【6l。但由于赫兹理论是在材料均匀、连续性假触疲劳破坏形成机理，获得了最大剪应力分布规收稿日期：2004—09—26；修改日期：2005—06—05基金项目：国家自然科学基金重点项I~1(50435010)：国家973前期研究项N(2004CCA066000)作者简介：杜JK~(1960)，男，双城市人，教授，博导，燕山大学科技处处长，从事金属压力加工及过程仿真研究(E-mail：fsdu@ysu．edu．cn)i黄华贵(1978)，男，福安

9、市人，博士生，从事轧制设备的CAD／CAFJCAM及其网络化研究：许志强(1963)，男，大庆市人，教授，博士，从事冶金机械及其生产过程的数值模拟仿真研究。维普资讯http://www.cqvip.com工程力学律。工业生产表明，轧辊表面损伤破坏深度与赫兹分别是两轧辊材料的泊松比和弹性模量