基于动态辊缝的四辊冷轧机垂直振动系统建模与仿真

摘要

本论文以四辊板带冷轧机的垂直振动现象为研究对象，对其垂直振动的产生原因以及主要影响因素等方面进行了探讨与研究。在结构模态分析和动态响应理论的基础上，对轧机的垂直振动系统以及轧制过程进行了建模仿真分析。论文的主要研究内容有如下几点：
　　(1)在考虑到轧机上下辊系垂直振动以及轧件弹塑性变形规律影响的情况下，建立了轧机动态辊缝力学模型。在此模型的基础上，充分考虑实际轧制过程中垂直振动所带来的干扰，推导出了动态辊缝处的动态轧制力以及轧制力变化量的计算公式。为了进一步研究轧辊垂直振动位移给轧件变形速度所带来的影响，推导出了轧件变形速度计算公式，进一步丰富了四辊冷轧机动态辊缝模型研究的内容。
　　(2)在使用SolidWorks建模基础上，运用有限元分析软件ANSYS对四辊冷轧机的工作辊、支承辊以及机架进行了动力学模态分析。研究了轧机工作辊、支承辊、机架自身固有振型以及其在垂直方向上的形变对轧制过程中辊缝变形的影响，对其中影响辊缝变形较大的轧机各零部件特定振动频率下的振型进行了详细的研究。考虑到机架长期处于复杂的工作环境，在对机架进行动力学模态分析之前对其进行了静力学分析以及强度和变形的校核。
　　(3)为了研究辊缝处各项参数对于轧机稳定性的影响，运用非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA针对不同辊缝摩擦系数、轧制速度以及轧件入口厚度下的轧制过程分别进行了动态仿真分析，得出不同辊缝摩擦系数、轧制速度以及轧件入口厚度下的轧机系统等效应力以及应变分布图，以及相关参数对轧机稳定性的具体影响。
　　(4)对国内某企业2800四辊可逆式冷轧机进行垂直振动工程测试以及建立轧机系统六自由度振动模型。将振动信号处理分析与数学模型计算研究相结合，对轧机振动性质和振动影响因素进行深入探究。通过测试手段诊断出垂直振动的振源，通过结合建立的数学模型确定工作辊的主要振动频段。并且为了进一步分析、研究轧制过程中的各项参数对轧机垂直振动的影响，对测试过程中各项参数影响下的测试结果以及图像进行了比较分析，验证了基于动态辊缝参数的轧制过程动态仿真结论的正确性。

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第1章 绪论

1.1课题来源

1.2论文的研究背景

1.3轧机垂直振动的研究概况

1.4论文主要内容

1.5论文主要体系结构组成

1.6本章小结

第2章轧制和轧机垂直振动基本理论知识

2.1金属塑性变形基本知识

2.2板带轧制精度影响因素分析

2.3轧机垂直振动的基本理论

2.4本章小结

第3章 垂直振动影响下的四辊轧机动态辊缝模型的研究

3.1动态辊缝模型研究的意义

3.2轧机动态辊缝力学模型的建立

3.3辊缝处振动位移引起的轧制力变化量

3.4辊缝处振动位移对轧制变形速度的影响

3.5本章小结

第4章 四辊冷轧机垂直振动系统的建模仿真分析

4.1四辊冷轧机辊系的建模仿真分析

4.2四辊冷轧机机架的建模仿真分析

4.3基于动态辊缝因素的轧制过程动力学性能仿真分析

4.4本章小结

第5章 轧机垂直振动工程测试与建模分析

5.1振动测试工程设备与参数

5.2轧机垂直振动工程测试的方法及轧制工艺参数

5.3轧机垂直振动工程测试的结果以及分析

5.4 2800轧机的六自由度动力学模型及其固有特性分析

5.5本章小结

第6章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

致谢

参考文献

附录