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基于动态轧制力的轧机垂扭耦合系统非线性振动机理研究
摘要：
随着钢铁产业的快速发展，轧机的性能要求也愈发严苛。轧机垂扭耦合系统的非线性振动是极具影响力的一种现象，对轧机的生产效率和产品质量均会造成不良影响。本文从动态轧制力的角度出发，探讨了轧机垂扭耦合系统的非线性振动机理。结果表明，轧机内在的非线性特性是导致垂扭耦合系统非线性振动的重要原因之一，且复杂多变的动态轧制力也对于垂扭耦合系统振动的特征产生了较大影响。
关键词：
轧机垂扭耦合系统；非线性振动；动态轧制力；系统特性；机理分析
一、引言
轧机是钢铁工业中不可缺少的一种生产设备，其生产效率和产品质量直接影响到钢铁行业的发展。然而，受到复杂多变的工况和材料性能的限制，轧机内部存在着复杂的振动现象，其中垂扭耦合振动是轧机非线性振动的重要表现之一。因此，探讨轧机垂扭耦合振动的机理与特性具有重要的理论和现实意义。
本文主要以动态轧制力为切入点，分析其对于轧机垂扭耦合振动的影响，并通过实验验证和数值仿真进行分析。在此基础上，为轧机的优化设计和生产提供参考和借鉴。
二、轧机垂扭耦合系统的非线性振动机理
1.轧机垂扭耦合系统的特性分析
轧机垂扭耦合系统是由多个相互作用的元件组成的。其中，轧辊、轧件、轴承、轮缘和轴等元件的刚度、阻尼、质量、几何尺寸、振动特性等因素均会对整个系统的特性产生影响。轧机的工作过程是一个几乎周期性的过程，因此轧机垂扭系统具有一定的周期性特征。轧机垂扭耦合系统的振动特性主要包括，固有振动频率、振动模式、阻尼比、谐振幅度和阻尼幅度等。
2.动态轧制力的作用
轧制作为一种非线性变形过程，其过程中存在着大量的动态变量，如轧制力、弯曲力和摩擦力等。这些动态力在轧机垂扭耦合系统中产生了非线性振动。动态轧制力是导致轧机非线性振动的重要因素之一，与轧机内在的非线性特性形成互动和衰减作用。具体来说，轧制过程中产生的动态轧制力作用在轧辊表面，会产生较大的变形，进而影响整个垂扭耦合系统的振动特性。
3.垂扭耦合系统非线性振动的机理
垂扭耦合系统的非线性振动可以通过以下实验表现来进行分析。在轧机的工作过程中，对轧机进行突然的切断操作，或者在轧机口附近设置一个扰动源，使得系统产生振动。在实验中，会发现系统的响应是非线性的，且在周期性振动的同时也伴随着非周期性的振动。
在轧机内部，存在多种非线性振动模式，如超过谐振频率的高频振动、相位异常的混沌振动等。这些非周期性振动是由轧制力的非线性特性、轧机内部振动干扰、轴承失稳和轧辊偏心等因素综合影响产生的。因此，针对这些非线性振动现象，需要对于生产过程中的实际工况进行准确分析和精细设计。
三、实验分析和数值仿真结果
本文通过实验选取不同的轧机工况进行分析，针对不同的轧辊干扰、超载、不稳定等因素进行测量。结果表明，非线性振动主要出现在频率高于谐振频率的状态下，且振动的能量主要集中在高频段。同时，轧机内部的动态轧制力对于非线性振动的特征分布产生着较大影响。
为了更深入地研究轧机垂扭耦合振动的机理，本文使用了有限元仿真方法对于轧机内部的动态行为进行了分析。通过建立轧机有限元模型，分析不同的轧制工况下轧机的动态行为。结果表明，在某些工况下，轧机具有显然的非线性振动特性，在有限元模拟中也能够准确地预测非线性振动的出现。
四、结论
本文从动态轧制力的角度出发，分析了轧机垂扭耦合振动的非线性特性。通过实验测量和有限元仿真分析，分析了动态轧制力对于非线性振动的影响，探讨了垂扭耦合系统非线性振动的机理。结果表明，在轧机内部存在着复杂多变的非线性特性，而动态轧制力是影响这种特性的重要因素之一。针对某些受到动态轧制力影响的非线性振动现象，需要在设计阶段进行准确分析，并且在生产过程中采取相应的措施来减少非线性振动对于轧机性能的影响。