轧件应力场特性及分布分析

1.横截面上的应力分布

轧制中期轧辊转动180°时，轧件横截面上的应力分布，如图6-3-10所示。

从图6-3-10可以看出，在轧件与轧辊接触的局部，由于金属流动受阻，造成横向应力σ_x、纵向应力σ_y与轴向应力σ_z均为比较大的压应力，在接触点最大，达到-215～-258MPa之间。离接触点越远其值逐步下降。

图6-3-10a所示为横向应力σ_x的分布，非常明显地显示了由于轧件横向变形，在轧件中心产生拉应力，数值为78MPa。

图6-3-10b所示为纵向应力σ_y的分布，在轧件出口局部，由于接触局部径向变形的带动，出现拉应力，其值为0.5MPa，在轧件的中心应力很小，为-32.206MPa。

图6-3-10c所示为轴向应力σ_z的分布，在轧件中心及通过中心的水平方向，均出现较大的拉应力，数值为60MPa，这是由于轧件与轧辊接触局部发生强烈轴向流动造成的。

2.纵截面上的应力分布

轧制中期轧辊转动180°时，轧件纵截面上的应力分布，如图6-3-11所示。

图6-3-10 轧辊转动180°轧件横截面上的应力场

Z=50% d₀=40mm L₁=40mm θ=360° a）横向应力σ_x b）纵向应力σ_y c）轴向应力σ_z d）等效应力

(www.xing528.com)

图6-3-11 轧辊转动180°轧件纵截面上的应力场

Z=50% d₁=40mm L₁=40mm θ=360° a）横向应力σ_x b）纵向应力σ_y

图6-3-11 轧辊转动180°轧件纵截面上的应力场（续）

Z=50% d₁=40mm L₁=40mm θ=360° c）轴向应力σ_z d）等效应力

从图6-3-11可以看出，纵截面上的应力分布与横截面上的应力分布相似，在轴向轧件与轧辊接触整个外层，横向应力σ_x、纵向应力σ_y与轴向应力σ_z都为压应力，最大值达到-229～-258MPa，从外层向中心逐步减少。

图6-3-11a为横向应力σ_x的分布。沿轴向轧件中心都出现拉应力，其拉应力值在74～120MPa之间。

图6-3-11b为纵向应力σ_y的分布。沿轴向轧件中心出现不大的拉应力或者压应力，数值为-27～50MPa。50MPa的拉应力发生在端部位置，-27MPa的压应力发生在轧件心部位置。

图6-3-11c为轴向应力σ_z的分布。沿轴向轧件中心产生较大的拉应力，数值为31～68MPa，最大值68MPa发生在端部位置。

从横截面与纵截面上的应力场分布特点，可以看出在轧件的中心，出现两向比较大拉应力，即横向应力σ_x与轴向应力σ_z，另一向纵向应力σ_y一般为数值不大的拉应力或者压应力。所以在轧件中心出现比较大的平均应力σ_m。