【摘要】：鋼鐵工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè),為國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。板帶材作為鋼鐵工業(yè)的主干產(chǎn)品,隨著工業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步,社會各行業(yè)對其尺寸精度和表面質(zhì)量也提出了更為嚴(yán)格的要求,但是由于軋機(jī)振動問題的存在,使得板帶材產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率的提高受到了嚴(yán)重的限制。針對這一問題,本文以高速板帶軋機(jī)為研究主體,通過理論分析、數(shù)值仿真及試驗(yàn)驗(yàn)證等多種手段對軋機(jī)多模態(tài)耦合振動的建模、穩(wěn)定性分析及振動控制進(jìn)行了研究。(1)以典型四輥軋機(jī)為對象,通過研究軋機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)靈敏度及模態(tài)特征,并結(jié)合軋機(jī)不同振動類型的振動特點(diǎn),探索了軋機(jī)耦合振動結(jié)構(gòu)模型的簡化方法,提出了一種能夠表征軋機(jī)垂直振動、扭轉(zhuǎn)振動以及水平振動的軋機(jī)系統(tǒng)耦合振動結(jié)構(gòu)模型,為其他機(jī)型軋機(jī)結(jié)構(gòu)模型的簡化提供了指導(dǎo)。(2)基于軋機(jī)上、下輥系對稱性假設(shè)以及軋輥輥縫間金屬均勻變形假設(shè),并綜合考慮軋輥的彈性壓扁效應(yīng)以及軋件的加工硬化效應(yīng),構(gòu)建了同時(shí)存在垂直振動、水平振動以及扭轉(zhuǎn)振動時(shí)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(jìn)行了線性化處理,進(jìn)而構(gòu)建了顯式的線性化的動態(tài)軋制過程模型；為軋機(jī)垂直-扭轉(zhuǎn)-水平耦合振動動力學(xué)模型的建立及穩(wěn)定性分析奠定基礎(chǔ)。(3)耦合動態(tài)軋制過程模型和軋機(jī)結(jié)構(gòu)模型,構(gòu)建了軋機(jī)垂直-扭轉(zhuǎn)-水平耦合動力學(xué)模型；在此基礎(chǔ)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(jì)算方法；以軋制速度為例,對系統(tǒng)的臨界控制參數(shù)進(jìn)行了求解,并與測試值對比,驗(yàn)證了所建軋機(jī)耦合振動數(shù)學(xué)模型的有效性和準(zhǔn)確性；分析了軋機(jī)系統(tǒng)構(gòu)在初始激勵和周期性擾動下的動態(tài)響應(yīng),揭示了軋機(jī)系統(tǒng)的失穩(wěn)機(jī)理；分析、驗(yàn)征并比較了軋制工藝參數(shù)及軋機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響規(guī)律及影響程度；結(jié)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(yīng)力及摩擦系數(shù)；對系統(tǒng)穩(wěn)定性影響較大的軋機(jī)結(jié)構(gòu)參數(shù)主要有工作輥半徑、機(jī)架間距L0及垂直子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(zhǔn)則的提出提供理論指導(dǎo)。(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(jī)垂直-扭轉(zhuǎn)-水平耦合振動動力學(xué)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(diǎn)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(jī)系統(tǒng)的失穩(wěn)機(jī)理。發(fā)現(xiàn),引入非線性摩擦系數(shù)后,軋機(jī)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(zhuǎn)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(xì)的分析和比較了軋制工藝參數(shù)和軋機(jī)結(jié)構(gòu)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(jī)架間距L0、壓下率、垂直子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)及工作輥半徑；對扭轉(zhuǎn)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(jī)架間距L。以及水平子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)。(5)基于考慮了非線性摩擦的軋機(jī)耦合振動動力學(xué)模型,分析了軋機(jī)系統(tǒng)在不同分岔點(diǎn)處的Hopf分岔類型；探索并提出了控制器的構(gòu)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(yīng)力的波動為例,構(gòu)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(yàn)證了理論解析結(jié)果的正確性和上述控制器構(gòu)造方法及所設(shè)計(jì)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(jī)垂直系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型示意圖逡逑Ｃ邋X錚�，逦ＴＴＪＺ辶x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(jī)垂直系統(tǒng)對稱結(jié)構(gòu)模型示意圖逡逑＿邋圖２－２和W２－３所示的五種垂直振動結(jié)構(gòu)模型均可Ｗ用于研究軌機(jī)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(jié)構(gòu)模型應(yīng)用的更為廣泛。而對于化機(jī)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(jié)構(gòu)校型對其進(jìn)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(yùn)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(jī)垂直振動結(jié)構(gòu)模型所對應(yīng)的系統(tǒng)運(yùn)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(jī)架立柱及上橫梁的等效質(zhì)量；Ｍ為上支撐混及其逡逑軸承、軸承座的等效質(zhì)量；Ｍ３為上工作}U系的等效質(zhì)量；Ｍ４為下工作棍系逡逑的等效質(zhì)量；Ｍｓ為下支承海及其軸承、軸承座的等效質(zhì)量；橚為機(jī)架下橫逡逑梁的等效質(zhì)量。Ａ為機(jī)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(xiàn)［１］給出了該２０３０冷連化機(jī)４號機(jī)架垂直子系統(tǒng)各結(jié)構(gòu)參數(shù)的具體逡逑數(shù)值，如表３－１所示。利用此結(jié)構(gòu)參數(shù)，可［＾計(jì)算得該化機(jī)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(jī)第４機(jī)架垂直子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TG333

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前6條

1 張丙強(qiáng);;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(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)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(xué)院學(xué)報(bào);1994年03期

3 徐鵬;蔡成標(biāo);;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(xué);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(xué)院學(xué)報(bào);2000年01期

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

6 ;[J];;年期

相關(guān)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(xué)術(shù)會議論文集（下冊）[C];2008年

2 高芒芒;潘家英;楊宜謙;;地基基礎(chǔ)剛度對列車-橋梁耦合振動響應(yīng)的影響[A];鐵道科學(xué)技術(shù)新進(jìn)展——鐵道科學(xué)研究院五十五周年論文集[C];2005年

3 韓萬水;馬麟;劉健新;;風(fēng)環(huán)境下汽車-橋梁系統(tǒng)側(cè)向空間耦合振動關(guān)系研究[A];第十四屆全國結(jié)構(gòu)風(fēng)工程學(xué)術(shù)會議論文集（中冊）[C];2009年

4 王樹勇;;旋轉(zhuǎn)彈性梁彎曲與拉壓的耦合振動[A];數(shù)學(xué)·力學(xué)·物理學(xué)·高新技術(shù)研究進(jìn)展——2006（11）卷——中國數(shù)學(xué)力學(xué)物理學(xué)高新技術(shù)交叉研究會第11屆學(xué)術(shù)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(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會議論文集（第Ⅲ卷）[C];1999年

6 王國治;;艦艇機(jī)械結(jié)構(gòu)的耦合振動及水下噪聲控制[A];第十屆船舶水下噪聲學(xué)術(shù)討論會論文集[C];2005年

7 李小珍;張黎明;童登國;強(qiáng)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(xué)術(shù)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(xué)和運(yùn)動穩(wěn)定性學(xué)術(shù)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(fēng)效應(yīng)時(shí)的車-橋耦合振動[A];新世紀(jì) 新機(jī)遇 新挑戰(zhàn)——知識創(chuàng)新和高新技術(shù)產(chǎn)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(xué)與控制學(xué)術(shù)會議會議手冊[C];2012年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 李佰洲;異步電機(jī)定子系統(tǒng)磁固耦合振動機(jī)理研究[D];天津大學(xué);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(xué);2016年

3 曾令強(qiáng);軋機(jī)耦合振動動力學(xué)建模及穩(wěn)定性分析[D];北京科技大學(xué);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(xué);2007年

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

6 徐信芯;旋挖鉆機(jī)鉆桿耦合振動分析與減振研究[D];長安大學(xué);2014年

7 徐翔;船舶復(fù)雜推進(jìn)軸系耦合振動理論及試驗(yàn)研究[D];武漢理工大學(xué);2012年

8 蔡成標(biāo);高速鐵路列車—線路—橋梁耦合振動理論及應(yīng)用研究[D];西南交通大學(xué);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(xué)研究院;2002年

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

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

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

2 楊建近;高速車輛—橋梁耦合振動與高架橋梁結(jié)構(gòu)噪聲預(yù)測研究[D];蘭州交通大學(xué);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(xué);2015年

4 常亞林;風(fēng)-車-橋耦合振動研究[D];重慶大學(xué);2015年

5 牛培;F4冷軋機(jī)耦合振動機(jī)理研究與仿真[D];河北工程大學(xué);2016年

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

7 王凱;長葉片—軸系耦合振動試驗(yàn)臺設(shè)計(jì)[D];華中科技大學(xué);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(xué);2016年

9 張虹;壓電復(fù)合換能器耦合振動特性研究[D];湘潭大學(xué);2016年

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

本文編號：2529962