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1、第7期機械設(shè)計與制造2014年7月MachineryDesign&Manufacture133熱力耦合軋輥疲勞壽命分析郭喜平，申世杰，黃麗娟2周雙(1內(nèi)蒙古科技大學(xué)，內(nèi)蒙古包頭014010；2．北京鐵路電氣化學(xué)校，北京102202；3．包頭鋼鐵集團軌梁廠，內(nèi)蒙古包頭014010)摘要：應(yīng)用ANSYS有限元軟件，從傳熱學(xué)和力學(xué)角度對軋輥進行了熱力耦合分析。首先對立輥進行了溫度場模擬，得到其穩(wěn)定軋制狀態(tài)下的溫度場情況；其次，把軋輥穩(wěn)定的溫度場作為體載荷，與軋輥在軋制過程中承受的外載荷，通過耦合分析得到穩(wěn)定軋制狀態(tài)下軋輥的應(yīng)力場分布情況；最后，在疲勞損傷累
2、計理論基礎(chǔ)上，用ANSYS~e—safe疲勞分析軟件對軋輥的疲勞壽命進行了預(yù)測分析。模擬結(jié)果與實際數(shù)據(jù)對比基本吻合，證明模型的可靠性，對軋輥的安全使用有重要的意義。關(guān)鍵詞：ANSYS；軋輥；溫度場；應(yīng)力場；ANSYS／Fe-safe；疲勞壽命中圖分類號：TH16文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：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載在軋鋼生產(chǎn)中軋輥是主要消耗備件之一。實際軋制過程中，2_1模型的網(wǎng)格劃分軋輥承受著周期性的熱和各種力的載荷沖擊作用，長期工作狀態(tài)由于軋輥具有對稱性，為了提高計算速度和計算精度，節(jié)約下會產(chǎn)生疲勞破壞，最終導(dǎo)致軋輥的失效『l_。軋輥的磨損使軋輥孔時間可取軋輥的1／2模型進行分析。計算采用八節(jié)點六面體單型發(fā)生變化，得到波浪、凹形、鼓形等不規(guī)則形狀的軋件斷面，同元，對軋輥進行了有限元網(wǎng)格劃分，劃分網(wǎng)格時由內(nèi)到外采用漸時軋輥將過早產(chǎn)生疲勞裂紋。隨著軋鋼技術(shù)的發(fā)展，對軋輥質(zhì)量特疏
7、的方法共劃分8621個單元，共9154個節(jié)點121。軋輥模型，如圖別是軋輥的耐磨l生、韌性以及強度提出了更高的要求。萬能軋制過1所示。程中，由于軋輥與軋件表面的不斷摩擦，同時受到冷熱交變應(yīng)力的表1萬能軋機軋輥的力學(xué)性能Tab．1MechanicalPropertiesofUniversalMillRoll影響，軋輥的熱膨脹受到材料約束，產(chǎn)生熱應(yīng)力沖擊。當(dāng)這種循環(huán)的軋應(yīng)力沖擊達(dá)到材料的抗裂強度時，就會在表面出現(xiàn)龜裂紋缺陷。在彈性模量，N，m2．O9el1驟然的大載荷碰撞沖擊下，龜裂處將會出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，龜裂處泊松比O．3密度／kg／m27850容易擴
8、展最后造成斷裂。此外軋輥的磨損直接影響到了軋件的精確剪切模量／N／m80．7度和表面粗糙度，因此必須考慮熱彈
