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含裂纹轧辊的动态特性研究

作 者: 杜晓旭
导 师: 方治华
学 校: 内蒙古科技大学
专 业: 工程力学
关键词: 轧辊?裂纹?变化率?位移差
分类号: TG333.17
类 型: 硕士论文
年 份: 2011年
下 载: 31次
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内容摘要


轧辊由辊身、辊颈和辊头三部分组成,是轧机的重要部件,也是轧钢生产中的主要消耗备件之一。轧辊的质量直接决定着轧制产品的质量和使用寿命。对于轧辊裂纹的损伤检测早就受到高度关注,物理检测方法如超声波检测、磁粉检测、涡流检测、渗透检测等由于需要预先知道损伤的大概位置,且要求损伤部位容易接近,从而使其应用受到了限制。因此,有必要寻找一种合理有效的检测方法,以保证轧辊的安全运行,防止轧辊断裂事故的发生。由于裂纹的出现使构件的刚度下降,影响到构件的振动特性和振动响应,因此可以通过构件的振动规律变化进行裂纹损伤检测。采用振动方法对工程结构裂纹进行损伤识别的技术近年来已经成功地应用于裂纹转子、海洋平台以及飞行器损伤检测上,但振动方法在轧辊裂纹检测方面的研究工作还没有开展,有待研究。本文建立了无裂纹和含裂纹轧辊的有限元模型,用模态分析的方法得到其固有频率和模态;分别以固有频率变化率,位移模态分量变化率,应变模态分量变化率和第一阶模态下的轴向位移差变化率作为损伤标识量,对轧辊的损伤位置和损伤程度进行研究。本文选取的四种损伤标识量中,固有频率变化率已广泛应用于损伤检测中,后三种损伤标识量是本文针对轧辊结构提出的。结果表明:有表面裂纹存在时,轧辊的固有频率会降低,第一阶固有频率改变量最大,并且随着裂纹深度的增加而增加,但对裂纹位置不敏感。位移模态分量变化率、应变模态分量变化率和第一阶模态下的轴向位移差变化率曲线在裂纹位置处有尖峰出现,并且随着裂纹深度的加深,尖峰也越明显。从总的改变量来看固有频率和位移模态分量的改变量较小,应变模态分量变化率和第一阶模态下的轴向位移差的改变量较大,说明后两种标识量更敏感。有内部裂纹存在时,轧辊的固有频率降低,第一阶固有频率改变量最大,并且随着裂纹深度的增加而增加。位移模态分量变化率曲线对裂纹的位置和深度规律性不明显。应变模态模态分量变化率和第一阶模态下的轴向位移差变化率曲线在裂纹位置处有尖峰出现,并且随着裂纹深度的加深,尖峰也越明显。说明应变模态模态分量变化率和第一阶模态下的轴向位移差变化率可作为内部裂纹的损伤标识量。本文的研究结论,为进一步研究轧辊裂纹损伤的动态监测提供了基础。

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中图分类: > 工业技术 > 金属学与金属工艺 > 金属压力加工 > 轧制 > 轧钢机械设备 > 轧机主列机构和设备 > 轧辊及轧辊轴承
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