基于图像处理裂纹网简化的连铸辊寿命预测研究

摘要

在连铸生产过程中，连铸辊不可避免地会产生热疲劳裂纹、磨损等问题，为确保经济性并可循环利用，往往采用堆焊等技术对连铸辊进行修复。裂纹网过密、扩展深度大会导致连铸辊堆焊前车削量大，造成辊子材料浪费、加工耗时。为了兼顾充分利用连铸辊剩余寿命与及时下线整修这两方面，需要对连铸辊的寿命进行预测，寻求合适的下线时机。
　　连铸辊表面的热疲劳裂纹是由于生产过程中周期性热应力的影响产生，对于连铸辊寿命而言是主要影响因素。本文对某一工况下拉矫辊进行分析，得出了连铸辊上循环热应力的大小。结合实际工况确定了影响连铸辊上的裂纹扩展为I型裂纹。从理论上分析了影响连铸辊热疲劳裂纹扩展的因素，研究了内压力、拉力、弯矩和动态载荷对裂纹尖端应力强度因子扩展的贡献。
　　以应力强度因子为参考变量，通过对不同合并准则进行比较，与连铸辊实际工况相结合，确定了连铸辊上裂纹的合并准则。采用MRF与 ICM联合计算的方法对连铸辊上主裂纹进行图像分割提取，通过横向与纵向像素对比，结合连铸辊受力状况，选择裂纹长度作为寿命预测的观测量。
　　利用 FRANC3D软件分析连铸辊表面不同形状、不同位置的微裂纹对主裂纹的影响，给出了主裂纹前缘的扩展规律，结合计算结果对裂纹网简化提出了简化准则，并确定了优先级。就多个微裂纹对主裂纹的影响进行了线性叠加，同时以短轴与长轴比为0.3的椭圆裂纹为例给出了修正系数的主裂纹扩展最前端的应力强度因子计算公式。对比连铸生产实际通钢量与仿真实验数据，验证了将形状函数作为桥梁，以连铸辊辊面裂纹网中裂纹长度作为观测量进行深度预测的正确性。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 课题背景与研究现状

1.2 连铸辊

1.3 材料对连铸辊寿命的影响

1.4 本课题的研究方法及主要研究内容

第2章 连铸辊温度场与应力场分析

2.1 连铸辊的合理简化与假设

2.2 热边界条件

2.3 连铸辊传热的初始条件

2.4 连铸辊材料的物理性能参数

2.5 连铸辊横截面的温度场和应力场分布规律

2.6 本章小结

第3章 连铸辊辊面裂纹网的简化与合并

3.1 J积分

3.2 应力强度因子

3.3 J积分与应力强度因子的关系

3.4 裂纹尖端的张开位移

3.5 连铸辊上裂纹扩展速率的推导

3.6 不同因素对单一裂纹应力强度因子的贡献

3.7 对于非单一裂纹的应力强度因子的计算

3.8 连铸辊表面不同相对位置裂纹的合并处理

3.9本章小结

第4章 连铸辊辊面面裂纹提取及深度方向扩展规律研究

4.1 基于数字图像处理技术连铸辊辊面的裂纹提取

4.2 FRANC3D的介绍

4.3 微裂纹对主裂纹扩展前缘的影响

4.4 应用裂纹网简化对裂纹网进行化简计算

4.5 42CrMo钢连铸辊寿命预测及分析

4.6 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢