【摘要】：鋼鐵工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎產業(yè),為國民經(jīng)濟的快速發(fā)展做出了重要貢獻。板帶材作為鋼鐵工業(yè)的主干產品,隨著工業(yè)技術的不斷進步,社會各行業(yè)對其尺寸精度和表面質量也提出了更為嚴格的要求,但是由于軋機振動問題的存在,使得板帶材產品質量和生產效率的提高受到了嚴重的限制。針對這一問題,本文以高速板帶軋機為研究主體,通過理論分析、數(shù)值仿真及試驗驗證等多種手段對軋機多模態(tài)耦合振動的建模、穩(wěn)定性分析及振動控制進行了研究。(1)以典型四輥軋機為對象,通過研究軋機系統(tǒng)結構參數(shù)靈敏度及模態(tài)特征,并結合軋機不同振動類型的振動特點,探索了軋機耦合振動結構模型的簡化方法,提出了一種能夠表征軋機垂直振動、扭轉振動以及水平振動的軋機系統(tǒng)耦合振動結構模型,為其他機型軋機結構模型的簡化提供了指導。(2)基于軋機上、下輥系對稱性假設以及軋輥輥縫間金屬均勻變形假設,并綜合考慮軋輥的彈性壓扁效應以及軋件的加工硬化效應,構建了同時存在垂直振動、水平振動以及扭轉振動時的動態(tài)軋制過程模型；利用一階泰勒展開式對動態(tài)軋制過程理論模型進行了線性化處理,進而構建了顯式的線性化的動態(tài)軋制過程模型；為軋機垂直-扭轉-水平耦合振動動力學模型的建立及穩(wěn)定性分析奠定基礎。(3)耦合動態(tài)軋制過程模型和軋機結構模型,構建了軋機垂直-扭轉-水平耦合動力學模型；在此基礎上,探索了系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析方法和臨界控制參數(shù)的計算方法；以軋制速度為例,對系統(tǒng)的臨界控制參數(shù)進行了求解,并與測試值對比,驗證了所建軋機耦合振動數(shù)學模型的有效性和準確性；分析了軋機系統(tǒng)構在初始激勵和周期性擾動下的動態(tài)響應,揭示了軋機系統(tǒng)的失穩(wěn)機理；分析、驗征并比較了軋制工藝參數(shù)及軋機結構參數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響規(guī)律及影響程度；結果表明,對系統(tǒng)穩(wěn)定性影響較大且控的軋制工藝參數(shù)主要有壓下率、前后張應力及摩擦系數(shù)；對系統(tǒng)穩(wěn)定性影響較大的軋機結構參數(shù)主要有工作輥半徑、機架間距L0及垂直子系統(tǒng)結構參數(shù)。這些研究成果可以為合理軋制工藝規(guī)程的制訂和最優(yōu)動力修改準則的提出提供理論指導。(4)在動態(tài)軋制過程模型中引入非線性摩擦系數(shù),建立了基于非線性摩擦的軋機垂直-扭轉-水平耦合振動動力學模型；利用Hurwitz代數(shù)判據(jù)求解了不同穩(wěn)態(tài)軋制速度下系統(tǒng)Hopf分岔點的分布,確定了系統(tǒng)的穩(wěn)定域,并揭示了不同工況下軋機系統(tǒng)的失穩(wěn)機理。發(fā)現(xiàn),引入非線性摩擦系數(shù)后,軋機系統(tǒng)的穩(wěn)定域不再只受垂直振動模態(tài)控制,而是由垂直振動、扭轉振動以及水平振動三種振動模態(tài)的失穩(wěn)臨界線拼接而成。最后,又詳細的分析和比較了軋制工藝參數(shù)和軋機結構參數(shù)對各模態(tài)失穩(wěn)臨界線的影響,其中,對垂直振動模態(tài)影響較大的參數(shù)主要有：機架間距L0、壓下率、垂直子系統(tǒng)結構參數(shù)及工作輥半徑；對扭轉振動模態(tài)影響較大的參數(shù)主要為壓下率；對水平振動模態(tài)影響較大的參數(shù)主要有：壓下率、軋件入口厚度、機架間距L。以及水平子系統(tǒng)結構參數(shù)。(5)基于考慮了非線性摩擦的軋機耦合振動動力學模型,分析了軋機系統(tǒng)在不同分岔點處的Hopf分岔類型；探索并提出了控制器的構造方法,分析并確定了控制器線性反饋量與非線性反饋量的選取原則；并以控制軋件后張應力的波動為例,構造了一個線性和非線性狀態(tài)反饋控制器；利用Hopf分岔的Hurwitz代數(shù)判據(jù)研究了控制器對系統(tǒng)Hopf分岔的線性控制；利用中心流形定理和規(guī)范型理論研究了控制器對系統(tǒng)Hopf分岔的非線性控制；并利用數(shù)值模擬驗證了理論解析結果的正確性和上述控制器構造方法及所設計控制器的有效性。
【圖文】：

邐＾４邋中幸邋＊４邐－邋Ｔ邋Ｔ逡逑（ａ）六自由度模型邋（ｂ）四自由度模型邋（Ｃ）二自由度模型逡逑圖２－２社機垂直系統(tǒng)結構模型示意圖逡逑Ｃ邋X錚危裕裕剩阱義希�！逦劐亓x希藻澹卞危插危礤澹赍義希恚蒎澹懾五危薄義匣ぢ潁赍位6ｒ逡逑（ａ）對稱二自由度模型邐（ｂ）對稱單自由度模型逡逑圖２－３化機垂直系統(tǒng)對稱結構模型示意圖逡逑＿邋圖２－２和W２－３所示的五種垂直振動結構模型均可Ｗ用于研究軌機的第逡逑蘭倍頻程振動，并且由于第王倍頻程振動近似可看做為上下}P系的對稱振動，逡逑所Ｗ對稱結構模型應用的更為廣泛。而對于化機的第五倍頻程振動，由于其逡逑第邋＇種振動形式足典型的非對稱振動，所騙[0利川閣２－２邋｜｜｜未經(jīng)對稱簡化逡逑的結構校型對其進行研充；而其第；＾巾振動化式的邋＇個夾出特征巧工作抂與逡逑支承}P的相向運動，所ｌｉＡ必須將Ｔ作搖和支撐岕分開建糧，，也就是說只有六逡逑自由度模型、四自由度模型及對稱二自由度模型適用。逡逑W２－２和W２－３所示的化機垂直振動結構模型所對應的系統(tǒng)運動微分方逡逑程均可表示為：逡逑Ｍ識＋｜＞］｛片＋ＷＷ邋＝估。，｝邐（２－１）逡逑式中

逡逑圖３－ｌ（ａ）中，Ｍ｜為機架立柱及上橫梁的等效質量；Ｍ為上支撐混及其逡逑軸承、軸承座的等效質量；Ｍ３為上工作}U系的等效質量；Ｍ４為下工作棍系逡逑的等效質量；Ｍｓ為下支承海及其軸承、軸承座的等效質量；橚為機架下橫逡逑梁的等效質量。Ａ為機架立柱及上橫梁的等效剛度；＆為上支撐}U中部至上逡逑橫梁中部的等效剛度；＆為上工作混與上支承混之間的彈性接觸剛度；ｂ為逡逑上工作海彈性壓扁的等效剛度；也為乳件整體塑性變形的等效剛度；＊４為下逡逑工作海彈性壓扁的等效剛度；＝邐為上下工作銀及逡逑帶材之間在化制力作用下的q!縫等效剛度；＆為下工作海與下支承q!之間的逡逑彈性接觸剛度；＆為下支承q!中部至下橫梁中部的等效剛度；＆為下橫梁的逡逑彎曲等效剛度Ｗ。逡逑文獻［１］給出了該２０３０冷連化機４號機架垂直子系統(tǒng)各結構參數(shù)的具體逡逑數(shù)值，如表３－１所示。利用此結構參數(shù)，可［＾計算得該化機的垂直子系統(tǒng)的逡逑固有頻率和主振型，如圖３－２所示。逡逑表３－１某鋼廠２０３０冷連￥Ｌ機第４機架垂直子系統(tǒng)結構參數(shù)逡逑＆（Ｎ／ｍ）邐＆（Ｎ／ｍ）邐＆（Ｎ／ｍ）逡逑６．９ｘ１0ｉｄ邐３．0ｘ１0ｉｄ邐６．５１ｘ１0ｉ0邐６．５１ｘ１0＇0邐３．0ｘｌ0ｉｎ逡逑Ｘ＇７（Ｎ／ｍ）邐Ａ：３（Ｎ／ｍ）邐＾（Ｎ／ｍ）邐Ａｓ（Ｎ／ｍ）邐Ｍｉ邋（ｋｇ）逡逑ｌＯ．ｌｘｌｏ＇Ｏ邐８４ｘｌ0ｉ0邐８４ｘｌ0ｉ0邐３．0ｘｌ0＇°邐１１９０００逡逑Ｍ２（ｋｇ）邐Ｍ３（ｋｇ）邐Ｍｔ（ｋｇ）邐Ｍ（ｋｇ）邐Ｍ５（ｋｇ）逡逑７５０００邐９２００邐９２００邐７５０００邐３６５００逡逑＾Ｔ逡逑０邐邐邐邐邋邐邋０邋＾邐逡逑－１邋－１邋，邋‘邋邐
【學位授予單位】：北京科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TG333

【相似文獻】

相關期刊論文 前6條

1 張丙強;;地震作用對車輛-道路系統(tǒng)耦合振動的影響[J];河南理工大學學報(自然科學版);2012年06期

2 王正浩,吳建中,袁惠群;振動篩有害耦合振動與抑制對策[J];沈陽黃金學院學報;1994年03期

3 徐鵬;蔡成標;;列車—軌道—路基耦合振動及地震條件下行車安全性分析[J];中國鐵道科學;2014年02期

4 師一華;多振子耦合振動的分析與研究[J];鄭州輕工業(yè)學院學報;2000年01期

5 葛曉明,陳忠漢;直升機槳葉耦合振動的研究與數(shù)值分析[J];蘇州大學學報(工科版);2002年05期

6 ;[J];;年期

相關會議論文 前10條

1 譚長建;祝兵;;拉索橋面耦合振動及相鄰索耦合振動分析[A];第十八屆全國橋梁學術會議論文集（下冊）[C];2008年

2 高芒芒;潘家英;楊宜謙;;地基基礎剛度對列車-橋梁耦合振動響應的影響[A];鐵道科學技術新進展——鐵道科學研究院五十五周年論文集[C];2005年

3 韓萬水;馬麟;劉健新;;風環(huán)境下汽車-橋梁系統(tǒng)側向空間耦合振動關系研究[A];第十四屆全國結構風工程學術會議論文集（中冊）[C];2009年

4 王樹勇;;旋轉彈性梁彎曲與拉壓的耦合振動[A];數(shù)學·力學·物理學·高新技術研究進展——2006（11）卷——中國數(shù)學力學物理學高新技術交叉研究會第11屆學術研討會論文集[C];2006年

5 何發(fā)禮;寧曉駿;李喬;;列車～曲線梁橋耦合振動的車輛模型研究[A];第八屆全國結構工程學術會議論文集（第Ⅲ卷）[C];1999年

6 王國治;;艦艇機械結構的耦合振動及水下噪聲控制[A];第十屆船舶水下噪聲學術討論會論文集[C];2005年

7 李小珍;張黎明;童登國;強士中;;公路橋梁與車輛耦合振動理論與分析模型[A];第十八屆全國橋梁學術會議論文集（下冊）[C];2008年

8 石立群;陳自力;石立君;馬傲玲;;斜拉橋的索-橋面耦合振動非線性分析[A];第十三屆全國非線性振動暨第十屆全國非線性動力學和運動穩(wěn)定性學術會議摘要集[C];2011年

9 葛玉梅;周述華;李龍安;;斜拉橋在考慮風效應時的車-橋耦合振動[A];新世紀 新機遇 新挑戰(zhàn)——知識創(chuàng)新和高新技術產業(yè)發(fā)展（下冊）[C];2001年

10 楊燕;丁虎;陳立群;;車路耦合非線性振動有限長道路模型研究[A];第九屆全國動力學與控制學術會議會議手冊[C];2012年

相關博士學位論文 前10條

1 李佰洲;異步電機定子系統(tǒng)磁固耦合振動機理研究[D];天津大學;2014年

2 姚建南;落地摩擦提升懸繩多源耦合振動特性及故障診斷研究[D];中國礦業(yè)大學;2016年

3 曾令強;軋機耦合振動動力學建模及穩(wěn)定性分析[D];北京科技大學;2017年

4 張媛;車輛—軌道—橋梁系統(tǒng)的空間耦合振動及其環(huán)境振動[D];天津大學;2007年

5 王達;基于有限元模型修正的大跨度懸索橋隨機車流車—橋耦合振動分析[D];長安大學;2008年

6 徐信芯;旋挖鉆機鉆桿耦合振動分析與減振研究[D];長安大學;2014年

7 徐翔;船舶復雜推進軸系耦合振動理論及試驗研究[D];武漢理工大學;2012年

8 蔡成標;高速鐵路列車—線路—橋梁耦合振動理論及應用研究[D];西南交通大學;2004年

9 岳祖潤;鐵路橋梁三維耦合振動仿真與墩臺狀態(tài)評估[D];鐵道部科學研究院;2002年

10 陳彬;舵機電液伺服調節(jié)器耦合振動特性及其控制研究[D];華中科技大學;2007年

相關碩士學位論文 前10條

1 陳龍;發(fā)動機曲軸耦合振動分析及控制技術研究[D];重慶理工大學;2015年

2 楊建近;高速車輛—橋梁耦合振動與高架橋梁結構噪聲預測研究[D];蘭州交通大學;2015年

3 陳鄂;基于SIMPACK軟件彈性梁下的車—橋耦合振動分析[D];蘭州交通大學;2015年

4 常亞林;風-車-橋耦合振動研究[D];重慶大學;2015年

5 牛培;F4冷軋機耦合振動機理研究與仿真[D];河北工程大學;2016年

6 李海洪;基于葉尖定時法的葉片耦合振動參數(shù)辨識[D];南京航空航天大學;2015年

7 王凱;長葉片—軸系耦合振動試驗臺設計[D];華中科技大學;2014年

8 武文濤;基于人群—橋梁耦合振動理論的人行懸索橋振動研究及參數(shù)分析[D];西南交通大學;2016年

9 張虹;壓電復合換能器耦合振動特性研究[D];湘潭大學;2016年

10 黃詩帆;基于元胞隨機車流的三維車—橋耦合振動研究[D];廣州大學;2016年

本文編號：2529962