HyperMesh四辊可逆式热轧轧机振动分析(2)
在实际工作当中我们发现热轧板卷厂的四辊可逆式热轧轧机在工作辊小于640mm后，轧机压下出现异常振动，导致工作辊不能正常使用，在实际生产中造成了巨大的浪费。该振动很有可能是振动频率的改变引起的。为此我们着手于研究轧机系统的振动特性。本课题的研究,采用三文有限元方法,通过PROE和HyperMesh进行结构建模和网格离散,采用三文单元和力学模型,对四辊可逆式热轧轧机系统的振动特性进行分析, 研究轧机振动特性的改变是否是引起异赏振动的原因。
1．2 本文的具体研究内容
（1）采用简化模型，利用PROE建立四辊可逆式热轧轧机垂直振动系统优尔自由度动力学模型，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[6]；考虑到轧机振动系统中几种因素对轧机的影响，比如轧制力、张力、接触弧等的影响，进行分析实际工作生产中这些因素对振动的影响。并进行求解得到相应的动力学微分方程。进行仿真分析，得到轧机垂振系统的力学变形特性和轧机垂直振动的动力学特性。通过软件对轧机受力分级加载约束载荷，得到轧机垂直振动系统的模型。
（2）通过以上建模和仿真后，采用HypreMesh软件进行离散模型的建立，对四辊可逆式热轧轧机机架进行应力分析，得到机架在工作辊小于640mm情况下振动频率下的应变分布云图[8]；采用ANSYS建立轧制过程有限元力学模型，采用ANSYS软件，对轧制过程进行有限元模拟分析，得到热轧轧机模型在正常工作情况下的应力分布云图，然后，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[17]。
（3）根据对热轧板卷厂的四辊可逆式热轧轧机的ANSYS应力与形变分析出四辊可逆式热轧机机架辊子的振动改变，通过计算获得的四辊轧机垂振动变形，绘制出在小于640mm的工作辊固有频率下的振动状态，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，绘制工作辊小于640mm后的振动情况。利用ANSYS固有模态分析所建立的仿真模型振动是否存在异常振动，来判断工作辊改变引起的振动特性是否是轧机异常振动的原因。
1．3 机座振动国内外研究现状
2 研究过程理论简介
2.1有限元单元法的基本思想
“有限元法”最早是在美国著名学者克拉夫的著作中提出来的，距今已经有半个世纪的历史了。在克拉夫提出“有限元法”的概念后，有限元法迅猛发展，但是由于理论知识的不完善和计算机软硬件技术的不成熟，导致该方法和随之的编程语言都没有在实际生产中普及。随着科学技术和研发人员的不懈努力，直到 70 年代初才陆续出现了大型通用的有限元分析软件，由于他们功能强大、计算结果准确可信、计算效率高并且通用性好便于广大用户使用，所以很快成为了在工程结构中仿真实验的主导工具[2]。 有限单元法的基本原理就是把连接在一起的机构简化为有限个单元的形式，并且认为这些单元都是多边形，每个多边形的端点为一个节点，这样就把连接在一起的机构简化成了只有在多边形单元的端点处连接的组合体；然后选定特定的场函数作为基本的未知量，利用近似的插值函数来代替单元中的场函数，这样就可以利用上述插值函数组成的方程组来求解未知量，这样就把一个连续域中无限个自由度的问题简化为离散的有限个自由度的问题；最后再给定材料特性、边界条件和载荷分布，就可以通过求解线性或非线性方程组来得到位移、应力、应变和模态等结果[16]。