四辊轧机垂直振动系统动力学建模及仿真分析

摘要

四辊轧机的垂直振动影响因素很多,为了研究四辊轧机垂直振动的振动规律特征和固有特性,考虑到多种因素对轧机垂直振动的影响,从不同的角度建立了四辊轧机垂振系统动力学模型,并建立了有限元模型,本论文研究内容如下:
　　(1)采用简化模型,建立了四辊轧机垂直振动系统六自由度动力学模型,利用Matlab计算出动力学模型的各阶固有频率和相应的主振型,并对固有频率和主振型进行分析;考虑到轧机垂振系统中的非线性刚度和非线性阻尼,建立了考虑非线性刚度和阻尼的垂直振动系统二自由度非线性动力学模型和四自由度非线性动力学模型,并进行求解得到相应的动力学微分方程。以二自由度非线性动力学微分方程为例,通过MATLAB软件进行仿真分析,得到轧机垂振系统二自由度非线性主共振和非主共振的幅频特性曲线,并通过幅频特性曲线分析非线性因素下,轧机垂直振动的动力学特性;考虑轧制过程中轧件非线性滞后弹塑性变形,建立了轧机辊系非线性滞后动力学模型,并得到非线性滞后动力学方程;考虑到辊系受到的弹性约束,建立考虑弹性约束的垂振系统非线性分段动力学模型,得到非线性分段动力学方程。通过MATLAB软件对非线性分段动力学方程进行仿真分析,得到轧机垂直振动系统非线性分段动力学模型的主共振和非主共振的幅频特性曲线,并通过幅频特性曲线分析弹性约束下,轧机垂直振动的动力学特性。
　　(2)基于以上建模和仿真,采用Solidworks三维软件建立机架和辊系三维模型,采用SimulationXpress应力分析模块对机架进行应力分析,得到机架在两种典型振动频率下的应变分布云图;建立轧制过程有限元模型,采用ANSYS/LS-DYNA软件,对轧制过程进行有限元模拟分析,得到轧制过程模型等效应力分布云图,最后,根据轧制过程模型的应力分布和辊系应变分布,通过有限元法,对下工作辊和下支承辊的应力和应变进行分析,得到相应的应力、应变分布图。
　　(3)根据对某厂四辊轧机的测试实验,通过实验测试获得的四辊轧机垂振动测试信号,采用下工作辊和上工作辊在某700ms时间段内的垂直振动位移曲线,然后将有限元仿真中工作辊的垂直振动位曲线移绘制到同一坐标系下,采用实验测试数据与仿真数据对比的方法,来验证仿真模型和仿真结果的正确性。

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第1章 绪论

1.1论文的课题来源

1.2论文研究的背景以及目的和意义

1.3国内外研究现状与研究发展趋势

1.4 本论文研究的主要内容及论文的组织结构

第2章 轧机垂直振动基本理论

2.1 轧机垂直振动的形式和特征

2.2 轧机振动理论

2.3 轧机振动的影响因素分析

2.4 本章小结

第3章 四辊轧机垂直振动系统动力学模型及动力学方程

3.1.四辊轧机垂直振动系统线性动力学模型及动力学方程

3.2.四辊轧机垂直振动系统非线性动力学模型及动力学方程

3.3考虑轧件滞后弹塑变形的非线性滞后动力学模型及动力学方程

3.4.考虑弹性约束的非线性分段动力学模型及动力学方程

3.5.本章小结

第4章 四辊轧机垂直振动系统动力学模型求解及仿真分析

4.1四辊轧机六自由度动力学模型求解

4.2四辊轧机垂直振动系统非线性动力学模型求解

4.3四辊轧机垂直振动系统动力学模型仿真分析

4.5 本章小结

第五章 四辊轧机辊系动力学动态特性验证分析

5.1 实验设备与实验测试参数

5.2 辊系动态特性验证

5.3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

攻读硕士研究生期间的项目及科研成果