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    連軋鋼管限動芯棒溫度場及熱疲勞有限元分析

     芯棒是鋼管生產中一種重要的變形工具,其服役條件非常惡劣,溫度場變化情況較為復雜,并且承受急冷急熱的熱應力。長期服役之后,芯棒會出現疲勞裂紋等形式的缺陷。為了達到提高芯棒使用壽命、降低生產成本的目的,必須對芯棒在服役過程中的溫度場及熱應力進行研究。但是,對芯棒溫度的測量局限于各空冷階段的表面溫度,而對于軋制階段和水冷階段的表面溫度、整個服役過程中的內部溫度分布和熱應力進行在線實測的可行性不高。因此,采用實測和模擬仿真相結合的方法對芯棒服役過程中的溫度場及熱應力進行研究是一個很好的選擇。
      北京科技大學的學者針對340MPM機組(Multi-StandPipeMill限動芯棒連軋管機組)芯棒服役過程建立三維有限元模型,研究芯棒在服役過程中溫度場變化規律。同時,通過對熱應力的研究,分析了芯棒熱疲勞裂紋萌生機理及裂紋在芯棒內部的擴展規律。對比實測數據與模擬結果,認為所建立的有限元模型能夠反映芯棒溫度變化趨勢。芯棒首次脫管后表面最高溫度為630℃,此后經歷三次反復的水冷降溫和空冷返溫過程,冷卻結束后表面最高溫度為98℃。脫管后,芯棒表面軸向和環向壓縮熱應力均達到900MPa,第三次水冷結束時刻,軸向拉伸熱應力達到186MPa,環向拉伸熱應力達到221MPa。芯棒的拉壓交變熱應力使其表面出現熱疲勞裂紋并逐漸擴展,環向裂紋擴展至距表面17.5mm深、軸向裂紋擴展至距表面20mm深時會顯著受阻,熱應力對軸向裂紋的促進作用強于環向裂紋。
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