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基于ANSYS的轧机支撑辊弧形垫板失效原因分析与设计优化
摘要
本文从轧机支撑辊弧形垫板的失效原因分析入手，通过ANSYS有限元分析软件对其进行模拟计算和数字仿真，找出其存在的问题和不足，提出了相应的优化设计方案。通过对模型进行仿真分析，发现轧机支撑辊弧形垫板存在材料强度不足和设计不合理的问题，针对这些问题，运用现代计算机软件技术和数值分析方法，进行了设计优化，使得产品在使用过程中更加稳定可靠。
关键词：轧机支撑辊、弧形垫板、失效原因分析、有限元分析、优化设计
Abstract
Thispaperstartsfromtheanalysisofthefailurecausesofthearc-shapedcushionplateoftherollingmillsupportroller,throughANSYSfiniteelementanalysissoftware,simulatesanddigitizesit,findsoutitsproblemsanddeficiencies,andproposescorrespondingoptimizationdesignscheme.Throughsimulationanalysisofthemodel,itisfoundthatthereareproblemsofinsufficientmaterialstrengthandunreasonabledesigninthearc-shapedcushionplateoftherollingmillsupportroller.Fortheseproblems,moderncomputersoftwaretechnologyandnumericalanalysismethodsareusedtocarryoutdesignoptimization,makingtheproductmorestableandreliableinuse.
Keywords:rollingmillsupportroller,arc-shapedcushionplate,failurecauseanalysis,finiteelementanalysis,optimizeddesign
I.介绍
轧机是制造业中一种非常重要的设备，该设备主要用于加工金属板材，并广泛应用于钢铁工业、汽车工业、机械加工等领域。轧机支撑辊是轧机设备中的重要部件，其主要作用是对轧制板材进行支撑和传递力量。
然而，轧机支撑辊使用过程中，可能遇到垫板失效的情况。轧机支撑辊弧形垫板的失效会直接影响轧机的使用效果，严重的情况会导致轧机停机，影响生产效益。因此，轧机支撑辊弧形垫板的失效原因分析和优化设计具有重要的实际意义。
本文将通过ANSYS有限元分析软件，对轧机支撑辊弧形垫板进行模拟计算和数字仿真，找出其存在的问题和不足，提出相应的优化设计方案。
II.有限元分析模型建立
有限元方法是一种数值分析方法，适用于较为复杂的工程结构计算和优化设计。在轧机支撑辊弧形垫板的设计过程中，采用有限元方法进行模拟计算和数字仿真，可以得到其应力分布、变形等物理量，从而进行相应的优化设计。
首先，本文将轧机支撑辊和弧形垫板构建成完整的三维有限元模型。然后，给定轧机支撑辊所受到的工作荷载，进行有限元分析的计算模拟，得到弧形垫板的应力分布和变形情况。
III.失效原因分析
通过对模型的有限元分析，本文发现轧机支撑辊弧形垫板存在以下问题：
A.弧形垫板材料强度不足
由于轧机支撑辊在工作过程中，会受到较大的荷载和磨损，所以弧形垫板的材料强度是十分重要的。经过有限元分析，发现现有的弧形垫板材料强度不足，难以承受轧机产生的较大荷载，容易发生应力超限现象，导致垫板的失效。因此，提高弧形垫板材料强度是一个必要的解决方案。
B.弧形垫板设计不合理
在弧形垫板的设计中，精准的尺寸和形状是十分关键的。经过有限元分析，在垫板的设计过程中，轧机支撑辊上的弧形垫板设计不合理，其几何形状和尺寸的不当会导致其在工作中难以保证其结构的稳定性，同样会导致垫板失效。
C.脏物污染
因轧机支撑辊工作环境中的磨损残渣、润滑油、灰尘、氧化物等残留物质在机器运行过程中难以避免，这些杂质会形成硬质的颗粒，对轧机支撑辊的弧形垫板产生磨损或划伤，降低垫板的使用寿命，通常是造成垫板失效的原因之一。
IV.优化设计方案
为了解决轧机支撑辊弧形垫板存在的问题和不足，本文提出了以下优化设计方案：
A.更换高强度材料
为了提高弧形垫板的抗压强度，本文建议采用更高强度的材料进行替换，例如使用高强度钢制造垫板，这种材料的强度更高，可以满足轧机所需的承载能力要求。
B.调整垫板结构
针对弧形垫板的结构设计问题，建议调整其结构形式，使其更加稳定，同时在尺寸和形状的设计上，应根据轧机