四辊轧机的振动特性分析及成形过程仿真

论文摘要

板带产品是钢铁工业的主要产品,广泛应用于国民经济的各个部门。板带材轧制的过程是一个极其复杂的过程,涉及到机架、轧辊、带钢及相关的很多方面。带钢板形（板平直度和板凸度）质量精度是衡量板带产品质量的一项重要指标。为了准确地得到板形随各种扰动因素及控制因素变化而发生变化的规律,必须从本质上充分地研究板带轧制的整个过程,掌握板形控制的理论基础。本文建立四辊轧机的动力学仿真模型来模拟各种因素变化与板形的关系,以便更好的预测和控制带钢板形。为了对四辊轧机的板形的影响因素进行研究和分析,本文首先根据该轧机的功能以及主要技术参数,进行三维系统建模。然后应用ANSYS有限元分析软件对轧机整机及主要零部件进行了结构静力分析和振动分析,从而验证了主要零部件的强度、刚度等性能满足设计要求。随后再利用PRO/E、ADAMS与ANSYS三种软件的接口技术建立了轧机系统的刚柔耦合模型,并对该模型进行了振动特性分析,从而确定了带钢宽度、系统阻尼以及轧制力的变化这些影响自激振动的主要因素对垂直振动的影响规律。最后应用ANSYS/LS-DYNA软件对轧制板带成形过程进行了有限元动力学仿真与分析,得到了轧制过程板带的应力、应变分布,并详细分析了各种轧制条件如弯辊力、张力、摩擦系数等的变化对轧制过程中板带形状的影响状况,从而为得到最优的轧制条件,改善板形质量提供一定的理论依据。通过综合分析四辊轧机整机及零部件的振动特性和成形过程的仿真结果,确定了影响轧机自激振动的主要模态及机架振动的原因,得到了通过增大阻尼,减小板宽,降低轧制力改善轧机系统的振动特性以及增大张力,增加弯辊力,减小摩擦系数改善板形的变化规律,为该型四辊轧机系统结构优化设计和技术参数选择提供了有利的理论指导和技术支持。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 课题研究的背景和意义
• 1.3 有限元模拟技术在轧制中的应用及展望
• 1.4 轧机振动国内外研究现状及发展动态
• 1.5 课题研究的思路及主要内容
• 第2章 轧机三维模型建立及有限元分析
• 2.1 轧机系统的三维模型的建立
• 2.2 模态分析及基本原理
• 2.3 基于Workbench模块的轧机整机有限元分析
• 2.3.1 Workbench模块优势
• 2.3.2 轧机的有限元模型的建立
• 2.3.3 结合面的接触及求解器的设置
• 2.3.4 网格的划分
• 2.3.5 零部件材料属性及约束的施加
• 2.3.6 计算结果分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 机架的静力学分析及振动分析
• 3.1 轧机机架的有限元静力学分析
• 3.1.1 模型的建立及简化
• 3.1.2 定义单元类型及材料属性
• 3.1.3 划分网格单元
• 3.1.4 施加载荷和约束
• 3.1.5 计算结果与分析
• 3.2 机架的振动分析
• 3.2.1 振动分析过程
• 3.2.2 机架振动分析结果
• 3.3 去掉圆孔面的机架静力学分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于刚柔耦合模型的振动特性分析
• 4.1 轧机垂直振动理论
• 4.2 工作辊刚柔耦合模型的建立
• 4.2.1 刚柔耦合系统动力学分析理论
• 4.2.2 实现刚柔耦合的关键技术
• 4.2.3 工作辊模态中性文件的生成
• 4.3 四辊轧机的垂直振动的仿真模拟
• 4.3.1 轧机系统动力学模型的建立
• 4.3.2 定义模型的约束条件及载荷
• 4.4 轧机系统的振动仿真结果与分析
• 4.4.1 垂直振动仿真结果
• 4.4.2 影响轧机垂直振动因素分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 四辊轧制过程的成形仿真
• 5.1 轧制的工艺参数及板形的概念
• 5.1.1 轧制作用力及咬入条件
• 5.1.2 板形及板凸度的基本概念
• 5.2 显示动力学有限元分析方法
• 5.3 基于LS-DYNA的四辊轧制的有限元分析
• 5.3.1 ANSYS/LS-DYNA一般分析过程
• 5.3.2 有限元分析模型
• 5.3.3 模拟分析结果及讨论
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论与展望
• 6.1 本文结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢