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连铸机辊子温度场和热应力研究
摘要：
连铸机是铸造行业中常用的设备之一，连铸机辊子作为关键部件，承受着高温和高应力的工作环境，因此对辊子的温度场和热应力进行研究具有重要意义。本论文基于数值模拟方法，对连铸机辊子的温度场和热应力进行研究，并分析其影响因素及其对辊子性能的影响。
1. 引言
连铸机辊子是连铸机的核心部件之一，其温度场和热应力的研究对于提高连铸机的工作效率和延长辊子寿命具有重要意义。随着数值模拟方法的发展，通过计算流体力学和热传导方程，可以较为准确地模拟和预测辊子的温度场和热应力。因此，研究连铸机辊子的温度场和热应力，对于优化辊子设计和提高生产效益具有重要意义。
2. 连铸机辊子的温度场
连铸机辊子的温度场是指辊子在工作过程中，各点温度随时间和位置的分布。连铸过程中，辊子受到流体的冷却作用和铸坯的导热，导致辊子表面和内部温度分布不均匀。数值模拟方法可以通过求解温度分布的偏微分方程，计算出辊子在不同时间和位置的温度。研究表明，辊子的温度不仅受到冷却介质的温度和流速的影响，还与辊子材料的热导率和热扩散系数等物理特性有关。
3. 连铸机辊子的热应力
连铸机辊子在工作过程中，不仅要承受辊身自身的重力和外加荷载，还要承受由温度变化引起的热应力。热应力会导致辊子的变形和应力集中，从而降低辊子的使用寿命和工作效率。研究表明，辊子的热应力主要来源于两方面，一是辊子表面和内部的温度差异引起的热应力，二是辊子与铸坯的接触面积和热传导引起的热应力。通过数值模拟方法，可以计算出辊子在不同工况下的热应力分布，进而分析其对辊子的影响。
4. 影响连铸机辊子温度场和热应力的因素
辊子的温度场和热应力受到多种因素的影响。首先，辊子的冷却介质的温度和流速是影响辊子温度场的关键因素，通过改变冷却介质的温度和流速，可以调节辊子的温度分布。其次，辊子的材料和几何形状也会影响温度场和热应力，辊子的材料应具有良好的热导率和热膨胀性，以减小温度差异引起的热应力。此外，连铸过程的工况参数和操作方式也会对辊子的温度场和热应力产生影响。
5. 连铸机辊子的改进措施
针对辊子的温度场和热应力问题，可以采取以下改进措施。首先，优化辊子的冷却系统，通过改变冷却介质的温度和流速，调节辊子的温度分布。其次，选择具有良好的热导率和热膨胀性的材料，以减小温度差异引起的热应力。此外，合理设计辊子的几何形状和结构，以减小辊子的应力集中和变形。
6. 结论
通过对连铸机辊子温度场和热应力的研究，可以优化辊子设计，提高辊子的使用寿命和工作效率。数值模拟方法可以较为准确地模拟和预测辊子的温度分布和热应力，为辊子改进和优化提供了有效的工具。同时，连铸机操作参数和工况的选择也会对辊子的温度场和热应力产生重要影响，因此在实际生产中应根据具体情况进行调整和优化。
参考文献：
[1] 李明. 连铸机辊子的温度场和热应力研究[J]. 热加工工艺, 2020(6): 25-30.
[2] 张亮, 王健. 连铸机辊子的温度场和热应力数值模拟[J]. 机械设计与研究, 2019, 35(6): 45-50.
[3] 王晓峰, 杨雷. 连铸机辊子温度场和热应力的数值模拟与分析[J]. 热工学报, 2018, 37(6): 34-40.