[发明专利]一种针对冷轧轧辊的在线疲劳预测方法及系统

权利要求书

1.一种针对冷轧轧辊的在线疲劳预测方法，其特征在于，包括：

获取轧机的轧辊参数和轧制工艺参数；

基于影响函数法，建立轧机辊系弹性变形模型，根据所述轧辊参数和轧制工艺参数，通过所述轧机辊系弹性变形模型，计算轧辊的辊间接触压力分布；

根据所述辊间接触压力分布，计算轧辊接触区的赫兹应力和接触半宽；

根据所述赫兹应力和接触半宽，计算轧辊内部的三向应力；

根据轧辊内部的三向应力得到最大切应力分布，结合非线性疲劳积累模型，建立轧辊疲劳预测模型，通过所述轧辊疲劳预测模型对轧辊疲劳状态进行预测；

基于影响函数法，建立轧机辊系弹性变形模型，根据所述轧辊参数和轧制工艺参数，通过所述轧机辊系弹性变形模型，计算轧辊的辊间接触压力分布，包括：

基于变形协调关系得到工作辊左右两部分挠度Y_wL、Y_wR的矩阵方程，中间辊左右两部分挠度Y_iL、Y_iR的矩阵方程，支撑辊左右两部分挠度Y_bL、Y_bR的矩阵方程：

其中，G_w，G_i，G_b分别表示工作辊、中间辊以及支撑辊的影响函数矩阵；Q_wiL，Q_wiR分别表示工作辊与中间辊之间产生辊间接触压力时，两辊左、右半侧的辊间接触压力矩阵；Q_ibL，Q_ibR分别表示两辊左半侧辊间接触压力矩阵和两辊右半侧辊间接触压力矩阵；P_L，P_R分别表示支撑辊左、右半侧轧制力矩阵；G_fw，G_fi分别表示工作辊、中间辊弯辊力的影响函数矩阵；F_W，F_I分别表示工作辊与中间辊的单侧弯辊力；

由变形协调关系计算工作辊和带钢的压扁量Y_ws矩阵方程、工作辊与中间辊的辊间压扁量Y_wi矩阵方程、支撑辊与中间辊的辊间压扁量Y_ib矩阵方程：

其中，H和H₀分别是轧件1/2高度向量和轧件中心点1/2高度矩阵；Y_ws是工作辊和带钢的压扁量矩阵；Y_ws(0)是轧制力产生的工作辊中心位置压扁量矩阵；Y_wi是工作辊与中间辊的辊间压扁量矩阵；Y_ib是支撑辊与中间辊的辊间压扁量矩阵；Y_wi(0)、Y_ib(0)分别是工作辊与中间辊的辊间压扁量矩阵、支撑辊与中间辊的辊间压扁量矩阵；Y_w、Y_i、Y_b分别是工作辊，中间辊和支撑辊的挠度矩阵；C_i是中间辊的凸度矩阵；

将挠度矩阵方程和压扁量矩阵方程进行联立，即为轧机辊系弹性变形模型；

根据所建立的轧机辊系弹性变形模型，在输入轧辊参数与轧制工艺参数后，首先根据变形协调方程计算工作辊与中间辊的挠曲、压扁量以及辊间接触压力分布，并进行收敛与静力平衡的迭代计算，对辊间接触压力进行修正；然后再计算支撑辊与中间辊的挠曲、压扁量以及辊间接触压力分布，同样进行收敛与静力平衡的迭代计算，对辊间接触压力进行修正，最后在满足平衡的情况下，得到最终的辊间接触压力分布；

所述非线性疲劳积累模型的表达式如下：

其中，D为轧辊的疲劳程度；a为轧辊一个辊期内轧制的钢卷数，N_λ是当轧制第λ卷钢的最大切应力为τ_max时，轧辊材料被破坏时对应的应力循环次数；n_λ是当轧制第λ卷钢的最大切应力为τ_max时，轧辊材料的应力循环次数。

最大切应力τ_max与N_λ的关系如下式：

其中，m，C均为材料常数；

将非线性疲劳积累模型的表达式和最大切应力τ_max与N_λ的关系式联立，即为轧辊疲劳预测模型。