清华大学学报(自然科学版)年第卷第期ISSN100020054200040521ö34CN1122223öNJTsinghuaUniv(Sci&Tech),2000,Vol.40,No.57679直缝焊管开口孔型中轧辊与管坯间的接触压力分布3杨楠,陈大融,孔宪梅(清华大学精密仪器与机械学系,摩擦学国家重点实验室,北京100084)文摘:为确定直缝焊管中轧辊与管坯间的接触压力分布应变方法、脆性涂层法和电场比拟法等。比较各个实规律,采取全息光弹性方法对该问题进行实验研究,并且利验方法的特点并且结合直缝焊管的生产条件,本文用有限元方法进行模拟计算,最终得出直缝焊管开口孔型轧选择光弹性实验法。辊与管坯间接触压力的分布规律:管坯在开口孔型中处于按照应力状态的不同,可以把光弹分为平面光弯曲成型阶段时,下轧辊与管坯的接触压力分布局限于轧辊弹和三维光弹。如果本实验采用三维光弹,冻结应力的两侧;上轧辊与管坯的接触压力分布是以轧辊中点为界将十分困难,因为在烘箱中的高温状态下很难调整分为两个部分,每个部分内接触压力近似呈三角形分布。管轧辊模型和管坯之间的接触状态使之达到临界接坯在开口孔型中处于弯曲成型阶段时,接触压力分布是在弯,曲成型阶段压力分布基础上中部叠加了一个挤压力。触。在轧辊与管坯的接触区内,其它方向的应力同接触应力相比是非常小的可以忽略它们的影响所以关键词:直缝焊管;接触压力;光弹性方法;有限元方法,,本实验可归结为平面光弹问题。中图分类号:TH123+.4文献标识码:A将有应力的模型置于光弹性仪的圆偏振光路系文章编号():10002005420000520076204统中,可以在成象屏幕上得到反映主应力差的干涉条纹图,即等差线。由光性定律得到条纹与主应力差在现代直缝焊管生产中轧辊与管坯间的接触,之间的关系为压力分布函数是确定成型滚动直径的位置及张力分fc[1]R1-R2=nc,(1)析的基础。直缝焊管开口孔型中轧辊与管坯间的d压力分布分为两种情况来考虑:一是辊缝值与板厚式中:nc为等差条纹级数(nc=0,1,2,⋯),fc是等相等,既不压靠也无间隙,是理想的成型力,称之为差线材料条纹值,d是平面模型的厚度。弯曲成型力Ff;二是辊缝值小于初始板厚,产生了普通光弹性法只能获得反映主应力差的等差线压靠力Fe。有关轧辊与管坯间的压力分布的研究很和反映主应力方向的等倾线,为了求得模型内部各少,文[2]曾经对压力分布函数进行了推导,但是推点的全部应力分量,通常要采用繁琐的切力差法,并导的过程过于简化,并且是建立在两个假设条件的利用已知边界条件进行求解,所得结果误差较大。本基础之上,推导的结果也没有进行任何的实验验证,文所要求解的是边界接触应力,只利用普通光弹性因此其结果难于在实际生产中应用。本文从实验入法更为困难,近代光测力学提供的全息光弹性法可手进行有限元模拟计算,以期揭示直缝焊管生产中以获得反映主应力和的等和线,因而可以根据等差轧辊与管坯间的压力分布规律,使之运用于实际生条纹图和等和条纹图简捷而准确地获得模型内部各产之中。点的主应力分量的大小。由光性定律得到条纹与主1实验过程应力和之间的关系为fpR1+R2=np,(2)1.1实验方法的选择d实验应力分析方法有:光弹性实验方法、电阻式中:np为等和条纹级数(np=0,1,2,⋯),fp是等和线材料条纹值。收稿日期:1999209210在实验中采取全息光弹性实验方法,根据由环作者简介:杨楠(19722),男(汉),辽宁,博士研究生氧树脂模型所获得的等差线和有机玻璃模型所获得3基金项目:国家自然科学基金项目(59875046)的等和线条纹图,利用式(1)和(2)便可以很容易地杨楠,等:直缝焊管开口孔型中轧辊与管坯间的接触压力分布77求得模型内部各点的主应力分量。1.2实验模型的设计在直缝焊管生产中,中心角小于180°孔型的轧辊与管坯间的应力分布可以作为开口孔型中轧辊压力分布的代表。结合实际生产与实验条件,模型的主要尺寸参数如图1所示。为了获得等差线和等和线,在本文实验中加工环氧树脂和有机玻璃模型各一副,平面模型的厚度为6mm。为了研究轧辊与管坯间的压力分布,把管坯的变形过程作如下转换:把经过第i-1架成型辊成型后的管坯放入打开的第架成型辊孔型中第i,i图3轧辊接触圆弧上各点的应力状态架成型辊上辊抬得足够高,使之不与管坯相接触,然后上辊压下,与管坯逐渐发生作用,使管坯成型。在3开口孔型轧辊与管坯间接触压力分实验中采用如图2所示的方式对平面模型进行加布的光弹分析载,进而测量接触区的压力分布。3.1弯曲成型阶段时接触面的应力分布当上辊压下