【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及热轧磨损仿真，具体而言，尤其涉及一种耦合磨损的热轧工作辊疲劳损伤计算方法。
技术介绍
1、从上世纪90年代开始，钢铁行业迅速发展，钢铁生产规模扩大，产品规格更新，市场对高品质钢材的需求不断增大，这种情况下轧件重量增大，主电机功率和轧制速度均有大幅度的提高，对轧制设备的质量和后期维护水平提出了更高的要求，而轧辊是轧机设备中最重要的消耗件之一，作为轧机的核心部件，在轧制时轧辊会承受较大的循环接触应力与板带加热和冷却水冷却产生的热应力，在这种苛刻的工作条件下，其表面不可避免的会产生硬化、磨损以及氧化膜的形成与脱落等损伤破坏现象，对轧辊的寿命与精度有着很大的影响。
2、轧辊自身的性能参数以及在轧制时的各类参数对轧辊的损坏有着不同的影响。除正常的轧辊磨损导致辊型变化而致使的轧辊下机维护外，因轧辊表面的疲劳裂纹而导致的轧辊的损坏或剥落为轧辊主要的失效形式。据现场调研和文献了解，因轧辊意外剥落带来的直接经济损失可达上百甚至数百万元。所以研究轧辊疲劳裂纹原理以准确的预测其疲劳失效周期和延长工作寿命，不仅可以保证轧件质量的稳定，且轧辊质量的提升和科学的维护可以节省大量的用于轧辊制造的原材料和资金，对钢铁甚至有色金属行业的发展具有十分重要的意义，尤其是在当前“双碳”战略的背景下。
3、在热轧产线中，轧辊的磨损主要取决于板带和轧辊间的接触应力，而轧辊的疲劳损伤主要取决于轧辊迅速加热冷却时的热应力，在热应力和机械应力占比相当的产线中，轧辊的磨损和轧辊的疲劳损伤都会发生在轧制过程中，共同影响着轧辊的使用寿命。然而在工
技术实现思路
1、根据上述提出的技术问题，而提供一种耦合磨损的热轧工作辊疲劳损伤计算方法。本专利技术综合考虑工作辊材料的高温属性，对热轧工作辊塑性应变层不同深度的寿命进行拟合得到寿命分布曲线，结合工作辊磨损数据，进行耦合磨损的热轧工作辊疲劳损伤计算，完成热轧工作辊工作寿命的预测，给轧制现场的轧辊使用和维护提供了理论依据，提高了轧制产线的工作效益。
2、本专利技术采用的技术手段如下：
3、一种耦合磨损的热轧工作辊疲劳损伤计算方法，具体步骤包括：
4、s1、根据轧制现场的物理模型和材料的高温属性，建立二维热力耦合有限元轧制模型；
5、s2、基于s1中建立的二维热力耦合有限元轧制模型，进行二维轧制有限元模拟；
6、s3、根据s2中的二维轧制有限元模拟，计算应力应变温度场的参数，建立轧辊的疲劳损伤模型；
7、s4、基于s3中的轧辊的疲劳损伤模型，建立耦合磨损的疲劳损伤模型。
8、进一步地，所述s1具体包括：
9、根据轧制现场的轧机结构和板带尺寸，建立工作辊与支承辊辊身、工作辊与支承辊辊颈、被轧制带钢的二维模型；
10、材料在不同温度下的流动应力由以下公式确定：
11、
12、其中，σ为流动应力；t为温度；为应变速率；ε为应变量；
13、定义温度边界条件、位移边界条件及载荷；对建立的二维热力耦合有限元轧制模型进行网格划分，所述网格划分采用四边形单元，网格类型为dc2d4，网格划分方式采用过渡网格划分方式，轧辊中部到轧辊表面的网格密度逐渐加大。
14、进一步地，所述s2具体包括：
15、对不同条件下轧辊的温度边界条件进行假设；包括：在轧制区域、空冷区域、积水冷却区域和水冷区域四种不同情形，其中：
16、所述轧制区域中：
17、
18、其中，hcon为轧制区域传热系数；c为表面粗糙度参数；λ为组合参数；λr为工作辊热传导系数；λs为板带热传导系数；pr为平均轧制应力；为板带流动应力；
19、所述空冷区域中：
20、hair＝1.456(ts-ta)1/3
21、其中，hair为空冷区域的传热系数；tα为空气温度；ts为工作辊表面温度；
22、所述积水冷却区域中：
23、
24、re＝νwlc/νcw
25、prcw＝ρcwccwνcw/kcw
26、其中，hwiper为积水冷却区域的传热系数；re为雷诺数；prcw为水普朗特数；kcw为水的热传导系数；lc为积水区域与辊面的接触弧长；vw为辊速；ρcw为水的密度；ccw为水的比热容；νcw为水的运动粘度；ρcw表示水的密度；
27、所述水冷区域中：
28、
29、
30、其中，hcw为水冷区域的传热系数；q＝vsp/asp表示单位面积水流量；vsp为水流量；asp为水流作用面积；psp为水压；b为组合参数；twa为冷却水温度；tr为工作辊表面温度；
31、基于上述温度边界条件的理论，根据轧制现场的实际参数，设置位移边界条件及载荷；进行有限元模拟计算。
32、进一步地，所述s3具体包括：
33、用于低周疲劳的manson-coffin应变疲劳公式为：
34、
35、
36、其中，δεeq为等效应变，ν为轧辊材料的泊松比，σuts为轧辊材料的拉伸极限，e为轧辊材料的弹性模量；nf表示循环次数，即疲劳寿命，ψ为轧辊材料的断面收缩率，ε1表示第一主应变，ε2表示第二主应变，ε3表示第三主应变；d为组合参数；
37、损伤累积准则利用miner线性损伤累积准则，根据miner疲劳损伤理论，材料在不同应力σ0、σ1、σ2…σn条件下发生破坏的循坏次数分别为nfm0、nfm1、nfm2…nfmn，则当实际循环数为n0、n1、n2…ni时，应力σi造成的疲劳损伤为若用λi表示总疲劳损伤的大小，各应力对其造成的总损伤为：
38、
39、将寿命计算公式与损伤累计准则耦合，即为工作辊的疲劳损伤模型。
40、进一步地，所述s4具体包括：
41、在s3的基础上加入轧辊的磨损；建立耦合磨损的疲劳损伤模型；
42、假设疲劳损伤和磨损都遵循同一种损伤累积准则，且工作辊使用过程中由于磨损导致半径的减小量δr很小，不会对工作辊在后续循环中的应力应变产生影响；则工作辊的磨损先于工作辊的疲劳累积；
43、分析可知，若其径向方向产生了塑性变形的深度区域为r，根据损伤累积准则，工作辊的每一次轧制都会在径向深度为r的薄层中产生一次损伤d(r)；同理，工作辊的每一次轧制都会使工作辊的半径减小x，x的值是根据损伤累积准则来确定的；则上一个循环的最终损伤曲线叠加本次循环损伤曲线为最终计算出的耦合磨损的热轧工作辊疲劳损伤。
44、进一步地，所述轧辊的疲劳损伤和磨损都遵循miner线性累积准则；轧辊的磨损和疲劳损伤是两个相互独立进行的行为，且轧辊的磨损行为先于轧辊的疲劳损伤累积。
45、进一步地，一种存储介质，所本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种耦合磨损的热轧工作辊疲劳损伤计算方法，其特征在于，具体步骤包括：
2.根据权利要求1所述的耦合磨损的热轧工作辊疲劳损伤计算方法，其特征在于，所述S1具体包括：
3.根据权利要求1所述的耦合磨损的热轧工作辊疲劳损伤计算方法，其特征在于，所述S2具体包括：
4.根据权利要求1所述的耦合磨损的热轧工作辊疲劳损伤计算方法，其特征在于，所述S3具体包括：
5.根据权利要求1所述的耦合磨损的热轧工作辊疲劳损伤计算方法，其特征在于，所述S4具体包括：
6.根据权利要求1所述的耦合磨损的热轧工作辊疲劳损伤计算方法，其特征在于，所述轧辊的疲劳损伤和磨损都遵循Miner线性累积准则；轧辊的磨损和疲劳损伤是两个相互独立进行的行为，且轧辊的磨损行为先于轧辊的疲劳损伤累积。
7.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的程序，其中，所述程序运行时，执行所述权利要求1至6中任一项权利要求所述的方法。
8.一种电子装置，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的极端机程序，其特征在于，所述处理
...【技术特征摘要】
1.一种耦合磨损的热轧工作辊疲劳损伤计算方法，其特征在于，具体步骤包括：
2.根据权利要求1所述的耦合磨损的热轧工作辊疲劳损伤计算方法，其特征在于，所述s1具体包括：
3.根据权利要求1所述的耦合磨损的热轧工作辊疲劳损伤计算方法，其特征在于，所述s2具体包括：
4.根据权利要求1所述的耦合磨损的热轧工作辊疲劳损伤计算方法，其特征在于，所述s3具体包括：
5.根据权利要求1所述的耦合磨损的热轧工作辊疲劳损伤计算方法，其特征在于，所述s4具体包括：
6.根据权利要求1所述的...
【专利技术属性】
技术研发人员：王佳坡，常家泽，张梦浩，鲍梦媛，果硕，刘才溢，彭艳，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。