В. Д. Новая модель специалиста: инновационная подготовка и компетентностный подход./ Высшее образование - файл

приобрести
скачать (72.7 kb.)



198 архитектуры, изобразительного искусства и дизайна: Межвуз. сб. научн. тр./ Отв. ред. О.М. Шенцова. – Магнитогорск: МГТУ, 2007. –
Вып. 1. – 167 с. стр. 19-25.
8. Шадриков
В.Д. Новая модель специалиста: инновационная подготовка и компетентностный подход./ Высшее образование сегодня, № 8, 2004 г.
9. Autodesk.- Электронный ресурс: [режим доступа]: Autodesk.ru
УДК 539.4
А.П. Гопкало, Г.В. Цыбанев,
В.В. Клипачевский, В.И. Калиниченко
Институт проблем прочности им. Г.С. Писаренко НАН Украины, г. Киев, Украина
E-mail: apg@ipp.kiev.ua
Дата поступления 19.06.2014
МОДЕЛИРОВАНИЕ НДС РОЛИКОВ МАШИН НЕПРЕРЫВНОГО
ЛИТЬЯ ЗАГОТОВОК
Аннотация
Численным моделированием рассмотрено влияние скорости разливки стали и соотношения физико-механических свойств основного металла и металла наплавки на напряженно-деформированное состояние
(НДС) роликов машин непрерывного литья заготовок (МНЛЗ).
Ключевые слова: ролик; наплавка; температура; напряжения; численное моделирование
Влияние эксплуатационных и технологических факторов на формирование поля напряжений и ресурс роликов (МНЛЗ) отражены в работах [1, 2]. В данной работе приведены результаты численного моделирования НДС ролика в упругой постановке от влияния таких эксплуатационных факторов как температура на поверхности ролика и скорость его вращения (разливки стали) методом конечных элементов.
Для роликов с наплавками сделана попытка численным моделированием оценить влияние отличий физико-механических свойств основного металла и металла наплавки на формирование НДС роликов МНЛЗ.
Численное моделирование НДС монолитного ролика от влияния
температуры на поверхности и скорости разливки стали.


199
Для расчета принят наиболее нагруженный ролик правильного участка МНЛЗ. Расчет НДС ролика с учетом эксплуатационных факторов проводили путем решения задачи нестационарной теплопроводности [3] для получения НДС методом суперпозиции. Для упрощения расчетов рассматривали ½ часть ролика, поскольку относительно плоскости YZ ролик имеет симметрию
(рисунок
1).
Граничные условия, прикладываемые к конечно-элементной модели, максимально приближенно отвечают нагружению ролика в реальных условиях эксплуатации. Выбранный диапазон температур включает основные возможные эксплуатационные и нештатные ситуации, а также некоторые завышенные температуры для выявления общих тенденций их влияния на НДС ролика.
Рисунок 1. Модель ролика с заданным конвекционным потоком по поверхности с температурой 600, 700, 800, 1000, 1300 0
С и начальной температурой окружающей среды Т
0
=20 0
С и температурой во внутреннем диаметре ролика Т
в
=60 0
С
Результатом расчетов были температурные поля и НДС ролика в зависимости от варьирования температуры и скорости вращения. Было установлено, что увеличение скорости разливки стали с 0,2 м/мин. до 1,0 м/мин. снижает приблизительно в три раза температуру на поверхности ролика. Наиболее напряженными являются поверхностные слои ролика, в которых во время работы возникают знакопеременные напряжения
(рисунок 2), которые приводят к усталостному растрескиванию поверхностных слоев и их отслоение, которое ухудшает качество поверхности сляба. Так для установившихся периодов, когда температурное поле, практически, не меняется с течением времени при скорости разливки стали 0,2 м/мин. напряжения в два раза выше, чем при скорости разливки 1,0 м/мин.
Расчеты показали, что при кратковременной остановке, даже при невысокой температуре (600 0
С), напряжения на поверхности достигают значений 1657 МПа. Поэтому снижение скорости разливки стали
(скорости вращения роликов), или кратковременная остановка процесса разливки стали не желательны. Кратковременная остановка МНЛЗ, вследствие возникновения значительных односторонних напряжений, может привести к формированию остаточного прогиба ролика.


200
Численное моделирование НДС роликов с наплавками от влияния
температуры на его поверхности при термоциклировании.
При определении НДС в ролике с наплавками в условиях термоциклирования для решения задачи используются теплофизические характеристики применяемых материалов. В то же время эти характеристики не остаются постоянными при изменении температуры
[4], что необходимо учитывать в решениях. Предварительные расчеты в упругой постановке задачи показывают, что наиболее существенно на изменение НДС при варьировании свойств металлов основы и наплавки в условиях термоциклического нагружения оказывают коэффициент линейного расширения (КЛР), коэффициент теплопроводности (КТ), модуль упругости, коэффициент Пуассона.
1 эквивалентные напряжения по Мизесу ; 2 – нормальные напряжения по Х;
3 – нормальные напряжения по Y; 4 – нормальные напряжения по Z;
5 – касательные напряжения YZ.
а)
б)
Рисунок 2. Средние значения напряжений в конечных элементах (по длине окружности ролика в градусах от 0 до 360 0
), расположенных по максимальному диаметру при скорости разливки стали 0,2м/мин. а), и
1м/мин. б)
Оценку НДС ролика проводили методом конечных элементов путем решения задачи термоупругости на основе решения задачи теплопроводности. Для условий реального температурного цикла была проведена расчетная оценка НДС монолитного (без наплавки) ролика, а для ролика с наплавкой – влияние соотношений значений КЛР и КТ основного металла и металла наплавки и толщины наплавки на формирование поля термических напряжений на поверхности ролика. В качестве такого цикла принят температурный диапазон резкой смены температуры на поверхности ролика МНЛЗ при его контакте со слябом
[5].
Варьирование выбранных теплофизических коэффициентов осуществляли путем выбора соответствующих им сталей с механическими свойствами, которые учитывали при расчетах. Дальше будут представлены только результаты оценки НДС ролика, как в упругой, так и упругопластической постановке без представления температурных полей. Влияние физико-механических свойств материала


201 наплавки и ее толщины оценивали по величине термических напряжений
z

в поверхностном слое наплавки вдоль его продольной оси, которые являются причиной зарождения и роста трещин термической усталости при эксплуатации.
Рисунок 3. Сравнение расчетных термических напряжений (
z

) по контактирующей со слябом поверхности ролика МНЛЗ из стали 25Х1М1Ф в упругой (1) и упругопластической постановке при температурной зависимости физических характеристик и механических свойств (2) и при их фиксированных (Т=20 0
С) значениях (3). Распределение пластических деформаций (
l

) по окружности ролика (4).
Рисунок 4. Влияние соотношений
КЛР основного металла и металла наплавки на формирование поля термических напряжений (
z

) на поверхности ролика МНЛЗ. Ø ролика (мм): внешний D = 300, основы – d1 = 270; толщина слоя наплавки (мм) t1 = 15; КТ: с1 – основы; с2 –слоя наплавки t1; КЛР:
α1 – основы, α2 – слоя наплавки t1;


Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации