[发明专利]一种基于受力分析预测连铸坯初始裂纹的方法

摘要

一种基于受力分析预测连铸坯初始裂纹的方法，包括确定振动结晶器内弯月面垂直拉坯方向的初凝坯壳载荷；确定初凝坯壳材料力学参数，包括简支梁弯矩、简支梁横截面惯性力矩、简支梁横截面处弯曲应力；确定钢种高温临界断裂强度；进行连铸坯初始裂纹预测若简支梁横截面弯曲应力值大于得到的钢种高温临界断裂强度，则垂直拉坯方向的初凝坯壳载荷突破其自身强度，当前连铸坯弯月面初凝坯壳产生初始裂纹，否则，当前连铸坯弯月面初凝坯壳没有产生初始裂纹。本发明是将结晶器振动效果转化为坯壳所受弯曲应力，为分析坯壳裂纹形成提供了新的思路，便捷、有效地对连铸坯初始裂纹形成的可能性做出初步判断。

主权项

一种基于受力分析预测连铸坯初始裂纹的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：在连铸过程中，确定振动结晶器内弯月面垂直拉坯方向的初凝坯壳载荷即垂直拉坯方向坯壳所受载荷，包括方向相同的钢水静压力和结晶器振动引起的渣道压力；步骤2：对渣道长度范围内初凝坯壳建立简支梁模型，根据垂直拉坯方向的初凝坯壳载荷确定初凝坯壳材料力学参数，包括简支梁弯矩、简支梁横截面惯性力矩、简支梁横截面处弯曲应力；步骤2.1：确定简支梁弯矩；通过对简支梁上作用载荷进行积分运算确定合力作用线的位置：xR=∫0xq(x)xdx∫0xq(x)dx]]>式中，xR为合力作用线的位置，m；q(x)为垂直拉坯方向简支梁x点所受载荷；在确定合力作用线的位置的基础上，计算一端的支撑点(A)处反作用力：FA=l-xRl∫0lq(x)bdx]]>式中，FA为简支梁一端的支撑点(A)处反作用力，N；l为简支梁长度，m；b为弯月面初凝坯壳宽度，即简支梁横截面宽度，m；根据载荷合力作用线的位置并结合支撑点处反作用力，计算简支梁弯矩，公式如下：M(x)=FAx-∫0xq(x)bdx(x-xR)]]>式中，M(x)为简支梁x点横截面弯矩，N·m；xR为合力作用线位置；b为弯月面初凝坯壳宽度，即简支梁横截面宽度，m；步骤2.2：根据简支梁横截面宽度和简支梁横截面高度确定简支梁横截面惯性力矩；定义简支梁横截面为标准矩形，计算其惯性力矩，公式如下：I=bd312]]>式中，I为矩形截面惯性力矩，m4；d为简支梁矩形截面高度，即弯月面初凝坯壳厚度，m：步骤2.3：根据简支梁弯矩和简支梁横截面惯性力矩确定简支梁横截面处弯曲应力；根据已确定的弯矩和惯性力矩计算简支梁横截面弯曲应力，公式如下：σ(x)=M(x)yI]]>式中，σ为简支梁受弯曲应力，N·m‑2；y为横截面受力点至中心线距离，m；将步骤2.1确定的弯矩和步骤2.2确定的惯性力矩代入弯曲应力公式中，最后计算坯壳承受弯曲应力为：σ(x)=12ybd3[x(1-∫0xq(x)xdxl∫0xq(x)dx)∫0lq(x)bdx-x∫0xq(x)bdx+∫0xq(x)xbdx]]]>式中，σ为简支梁受弯曲应力，N·m‑2；y为横截面受力点至中心线距离，m；定义横截面受力点在距中心线最远的上、下两个边缘点处，即步骤3：根据钢种的成分信息确定钢种高温临界断裂强度；步骤4：将简支梁横截面弯曲应力值与得到的钢种高温临界断裂强度相比较，进行连铸坯初始裂纹预测：若简支梁横截面弯曲应力值大于得到的钢种高温临界断裂强度，则垂直拉坯方向的初凝坯壳载荷突破其自身强度，当前连铸坯弯月面初凝坯壳产生初始裂纹，否则，当前连铸坯弯月面初凝坯壳没有产生初始裂纹。