工作辊与支承辊接触面内应力分布探讨.pdf

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1、第2期总第192期冶金丛刊Sum．192No．22011年4月METALLURGICALCOLLECTIONSApril2011工作辊与支承辊接触面内应力分布探讨张勇勇金晓宏李金平王钦(武汉科技大学机械自动化学院，湖北武汉430000)摘要借助Hertz接触理论，通过将载荷变换到任意斜切面上，导出了工作辊内部各应力分量的解析表达式，同时计算了单位宽度工作辊截片内应力分布，得出了σx、σy和τxz沿坐标轴的变化规律。在此基础上，推导出了在法向和切向接触应力作用下工作辊内部任意点的三维应力计算公式，并对

2、沿着z轴的应力分量的大小和分布进行了分析。关键词板带轧机;接触应力;应力分布;工作辊中图分类号:TG333．17文献标识码:A文章编号:1671－3818(2011)02－0001－05DISCUSSIONONTHESTRESSDISTRIBUTIONINCONTACTSURFACEBETWEENTHEWORKROLLANDSUPPORTINGROLLZhangYongyongJinXiaohongLiJinpingWangQin(CollegeofMachinery＆Automation，Wuha

3、nUniversityofScience＆Technology，Wuhan430000，Hubei)AbstractTheHertz’scontacttheorywasemployedtodeducetheanalyticalexpressionsofstresscompo-nentsinaworkrollbytransformingloadstoanarbitraryinclinedplane．Thedistributionofstressinthesliceoftheworkrollperuni

4、twidthwascalculated，andthechangerulesofσx，σyandτxzalongthecoor-dinateswereobtained．Onthisbasis，formulaswerededucedtocalculatetheinteriorstressesinthreeco-ordinatesfortheworkrollunderthenormalandtangentialloads．Finally，themagnitudeanddistributionofstres

5、scomponentsalongthezaxiswereanalyzed．Keywordsstriprollingmill;contactstress;distributionofstress;workroll在实际的轧钢生产过程中，四辊轧机的工作辊的Hertz三维接触理论在分析工作辊与支承辊接触在交变应力的作用下通常会出现表面剥落，裂纹和时，弹性半空间的假设忽略掉了工作辊外形对辊内疲劳破坏等失效形式。以上缺陷很大程度上与工作应力分量的影响。针对以上情况，本文在二维Hertz［1］辊内的应力分量的大

6、小和分布有关，而工作辊内接触理论的基础上，将工作辊离散成2m个微小截的应力分量的大小和分布又决定着工作辊的外形，片，综合解析法和数值计算法的优点，对截片中应力［2］对板型质量产生影响。目前，在对工作辊内部应分量的大小和分布进行了分析和计算，为工作辊失力分量进行分析时，因为解析计算中遇到的封闭形效分析和压扁量等的计算提供参考。［3］式的积分比较困难，故只适合于分析沿着对称轴1法向载荷作用下的工作辊内应力分的应力分布。而运用有限元法单元厚度的确定使计布［4－6］算模型与实际的物理模型存在差异，计算比较1

7、．1沿横向的法向载荷作用下的工作辊内应力分［7］繁琐;有限梁叠合法比较符合实际情况，但为了布保证位移的协调性而降低了计算效率。同时，现有基金项目:湖北省自然科学基金资助项目(2008CDB296);湖北省重点实验室开放基金资助项目(2007A10)．作者简介:张勇勇(1985－)，男，武汉科技大学机械自动化学院硕士研究生.·2·冶金丛刊总第192期图1为工作辊与支承辊组件，取辊身长度方向在法向载荷作用下，在接触界面上，σx=σz=－p为纵向，即y轴方向;水平方向为横向，即x轴方向;(x);在接触区外

8、，表面上所有的应力分量都为零。铅锤方向为法向，即z轴方向。在纵向取一任意微1．1．1任意点沿x轴的应力［3］小宽度的圆截片为研究对象，假定辊身材质均匀，接利用McEwen(1949)理论，引入m和n两个触区为矩形，其长为2l，宽为2a，则接触区可简化为中间变量如下:2222221/2222二维平面应变问题。m={［(a－x+z)+4xz］+(a－x+z)}/2(3)2222221/2222n={［(a－x+z)+4xz］－(a－x+z)}/2(4)则σxp=f4(mf