热力耦合轧辊疲劳寿命分析.pdf

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1、第7期机械设计与制造2014年7月MachineryDesign&Manufacture133热力耦合轧辊疲劳寿命分析郭喜平，申世杰，黄丽娟2周双(1内蒙古科技大学，内蒙古包头014010；2．北京铁路电气化学校，北京102202；3．包头钢铁集团轨梁厂，内蒙古包头014010)摘要：应用ANSYS有限元软件，从传热学和力学角度对轧辊进行了热力耦合分析。首先对立辊进行了温度场模拟，得到其稳定轧制状态下的温度场情况；其次，把轧辊稳定的温度场作为体载荷，与轧辊在轧制过程中承受的外载荷，通过耦合分析得到稳定轧制状态下轧辊的应力场分布情况；最后，在疲劳损伤累

2、计理论基础上，用ANSYS~e—safe疲劳分析软件对轧辊的疲劳寿命进行了预测分析。模拟结果与实际数据对比基本吻合，证明模型的可靠性，对轧辊的安全使用有重要的意义。关键词：ANSYS；轧辊；温度场；应力场；ANSYS／Fe-safe；疲劳寿命中图分类号：TH16文献标识码：A文章编号：1001—3997(2014)07—0133—03ThermalMechanicalCouplingFatigueLifeAnalysisofRollGUOXi-ping，SHENShi-jie，HUANGLi-juan，ZHOUShuan~(1．InnerMongol

3、iaUniversityofScience&Technology，InnerMongoliaBaotou014010，China；2．BeijingRrailwayElectrificationSchool，Beijing102202，China；3．RailandBeamPlantofBaoTouIronandSteelGroup，InnerMongoliaBaotou014010，China)Abstract：Theroll’Sthermo-mechanicalcouplinganalysisisbasedonthermo-mechanicalc

4、ouplingtheoryofheattransferbyANSYS．Firstly，opposingrollertosimulatetemperaturefield，gainingdistributionofrolltemperature；secondly，thestabilitytemperatureIdofrollisasabodyload，withtheexternalloadintheprocessofrolling，obtainingcouplinganalysisofstressfielddistributionundersteadys

5、taterolling；lastly，apredictionofthe向lifeanalysisoftherollisbasedonfe—safefatigueanalysissofiware．Thesimulationresultscomparedwiththeactualdataisright，demonstratingthereliabilityofthemode1．whichisofgreatsignificol~etothesafeeofrollKeyWords：ANSYS；Roll；TemperatureField；StressField

6、；ANSYS／Fe--safe；FatigueLife1引言2有限元模型的建立及加载在轧钢生产中轧辊是主要消耗备件之一。实际轧制过程中，2_1模型的网格划分轧辊承受着周期性的热和各种力的载荷冲击作用，长期工作状态由于轧辊具有对称性，为了提高计算速度和计算精度，节约下会产生疲劳破坏，最终导致轧辊的失效『l_。轧辊的磨损使轧辊孔时间可取轧辊的1／2模型进行分析。计算采用八节点六面体单型发生变化，得到波浪、凹形、鼓形等不规则形状的轧件断面，同元，对轧辊进行了有限元网格划分，划分网格时由内到外采用渐时轧辊将过早产生疲劳裂纹。随着轧钢技术的发展，对轧辊质量特疏

7、的方法共划分8621个单元，共9154个节点121。轧辊模型，如图别是轧辊的耐磨l生、韧性以及强度提出了更高的要求。万能轧制过1所示。程中，由于轧辊与轧件表面的不断摩擦，同时受到冷热交变应力的表1万能轧机轧辊的力学性能Tab．1MechanicalPropertiesofUniversalMillRoll影响，轧辊的热膨胀受到材料约束，产生热应力冲击。当这种循环的轧应力冲击达到材料的抗裂强度时，就会在表面出现龟裂纹缺陷。在弹性模量，N，m2．O9el1骤然的大载荷碰撞冲击下，龟裂处将会出现应力集中现象，龟裂处泊松比O．3密度／kg／m27850容易扩

8、展最后造成断裂。此外轧辊的磨损直接影响到了轧件的精确剪切模量／N／m80．7度和表面粗糙度，因此必须考虑热弹