四辊可逆冷轧机装配体的模态分析

性 和适 合计 算机 实 现 的 高效 性 等 特 点 ， 现在 已发 展 成
Ｃ ＡＤ和 Ｃ ＡＭ 的重要 组 成部分 之 一Ｌ １ ］ 。本 文针 对 ３ ５ ０ 四辊可 逆冷 轧机 进行 模 态分 析 ， 确 定 轧 机 的 固有 频 率 及 其相应 的振型 ， 通 过 适 当地调 节 轧 制 速度 和 工 艺参 数来 避 免对 轧机 影 响较 大 的模 态 ， 达 到 减小 或 消 除共 振、 提高 板带 材轧 制 产 品质量 和增加 经济 效益 的 目的。
四辊可逆冷 轧机装 配体 的模 态分析
高 月 圆 ，张 小平 ， 张津 铭
（ 太 原 科 技 大 学 山西 省 冶 金 设备 设计 理 论 与技 术 重 点实 验 室 ， 山 西 太 原 ０ ３ ０ ０ ２ ４ ）
摘 要 ： 固 有 频 率 和 振 型 是 承 受 动 态 载 荷结 构设 计 中 的 重 要参 考 指 标 ，模 态分 析 可 以 确定 一个 结构 的 固有 频 率
第 ６期 （ 总第 １ ８ １期 ） ２ ０ １ ３年 １ ２月
机 械 工 程 与 自 动 化
Ｍ ＥＣＨＡＮＩ Ｃ ＡＬ ＥＮＧＩ ＮＥＥ ＲＩ ＮＧ ＆ ＡＵＴ（ ） Ｍ ＡＴＩ （ ） Ｎ
ＮＯ ．６ Ｄｅ ｃ ．
文章编 号 ： １ ６ ７ ２ － ６ ４ １ ３ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ６ — ０ ０ ４ １ — ０ ３
０ 引 言
在 Ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ 模 块 中求 以 上 方 程 式是 在 一定 的
目前 ， 在 轧机 的改 进和 研发 工程 中 ， 轧机 的振 动问 题 已成 为企 业关 心 的关 键 问题 ， 因 此对 轧 机整 体 的振 动 特性 分析 就显 得 至关 重要 。有 限元法 是一种 常用 的 高 效 能计 算 方法 ， 它 具 有对 复杂几 何结 构 的适 用性 、 对 各 种物 理 问题 的可 应 用 性 、 建 立在 严 格 理论 上 的可 靠
１ 有 限元模 态分 析 理论
一
由于 Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ自身 对 复 杂 模 型 的创 建 还 存 有 定 的不 足 ， 因此 本 文 应 用 Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ Ｗｏ ｒ ｋ ｓ软 件 进 行 建
模 。再 通 过 Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ Ｗｏ ｒ ｋ ｓ的无 缝 接 口导入 Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ
效地 避 免 了数 据 的丢 失 ，求 出 了 ３ ５ ０ 四辊 轧机 装 配 体 模 态 的 固有 特 性 。 关 键 词 ：模 态 分 析 ；Ｗ ｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ ；有 限元 ； 四辊 轧 机 中 图分 类 号 ：ＴＧ ３ ３ ３： Ｔ Ｐ ３ ９ １ ． ７ ７ 文 献 标 识 码 ：Ａ
中进行 有 限元 分析 ， 以有 效提 高工作 效率 ， 缩短用 户建 模 的时间 ， 简化 分析 工作 。 为 确保导 入 Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ后模 型 能 正 确 有效 ， 在 简 化 处理 时应 注意 以下几 点 ： ① 忽略对结构模态 影响很 小的凸 台、 倒 角和 圆角 等 ； ②机 架 作 为支撑 各部 分 的载 体， 其 上螺栓 孔众多 ， 在机架 的实际工作状态 下 ， 由于螺 栓孔装 上螺栓后 ， 刚 度得 到相 应 的加 强 ， 故 在模 态分 析 中忽 略其 孔型 结构 的影 响 ； ③ 轧机 附件 （ 如平 衡压 下装 置） 品种繁 多 、 形 状复 杂 ， 且对 轧机 整 体影 响不 大 ， 故 在 建立模 型中忽 略 ； ④ 将装 配 体导 入 Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ之前 ， 需 要进行干 涉检查 ， 保证 各个 零件 之 间不 存在 干 涉 ； ⑤在 Ｓ Ｏ ｌ ｉ ｄ Ｗ０ ｒ ｋ ｓ 中创 建 的 实 体 模 型 不 能 直 接 导 人 ｗｏ ｒ ｋ — ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ进行 分 析 ， 需 要将 模 型保存 为 Ｐ ａ ｒ ａ ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ（ ＊ ． ｘ ＿ ｔ ）
［ Ｍ］ ｛ ） ＋［ Ｋ］ ｛ Ｕ ｝ 一｛ ０ ）。… …… ……… … （ １ ） 其 中． ［ Ｍ］ 为质 量矩 阵 ； ［ Ｋ］ 为 刚度 矩 阵 ； Ｅ ｕ ３ 为位 移 向
量。
当发 生谐振 动 ， 即ｕ ＝Ｕｓ ｉ ｎ （ ｗ ｔ ） 时， 方程（ １ ） 变为 ：
（ ［ Ｋ］ 一叫 ［ 蛔 ） ｛ ｝ 一０ 。 …… …… ……… （ ２ ） 其 中： 和 分别为结构的第 阶固有圆周频率和振型 。
模态 分 析是 动力 学 分 析 的 基 础 内容 ， 工 程 上进 行 模态 分析 主要 用 于［ ２ ］ ： ①对设 备 改造进 行模 态分析 ， 可 预知 对轧 机影 响较 大 的 模 态 ； ② 模 态分 析 是 其他 动 态 特性 分析 的基础 ， 如 瞬态分 析 、 谐 响应 分析等 。 假定 物体 为 自由振动并 忽 略阻尼 时 ， 其 方程 为 ：
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假定 条 件下求 解 的 ， 即［ Ｋ］ 和［ Ｍ］ 都 是 常量 ， 且： ① 假
设材 料是 线 弹性材 料 ； ② 使用 小挠 度理论 ， 不考 虑非线 性特 性 ； ③ 不包 含 阻尼 ； ④ 假设 结构 没有激 励 。
２ 某３ ５ ０四辊轧 机装 配体 有 限元模型 的建立 ２ ． １ Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ Ｗｏ ｒ ｋ ｓ 三 维 实体模 型的建 立
和振 型。基于 Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ Ｗｏ ｒ ｋ ｓ对 四辊 轧 机进 行 三 维建 模 。采 用 无 缝 连 接 的技 术 ．利 用 绘 图 软 件 Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ Ｗｏ ｒ ｋ ｓ 和 有
限元分析软件 Ｗｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ ｄ的 专 用 接 口 ，将 Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ Ｗｏ ｒ ｋ ｓ 建 好 的 三维 实 体 模 型 导 入 到 Ｗ ｏ ｒ ｋ ｂ ｅ ｎ ｃ ｈ界 面 中 ． 有