热镀锌线沉没辊装置液固耦合振动分析及试验研究

摘要

热镀锌是应用最广泛、性价比最优的板带材表面处理方法。沉没辊装置作为热浸镀锌工艺中的关键功能部件，一旦出现异常振动会影响产能、维修周期和镀件质量。沉没辊装置在锌液中产生液固耦合作用且振动机理复杂，目前国内外发表的文献没有专门针对沉没辊装置液固耦合振动的理论和试验进行研究，因此本文的研究内容对工程应用有重要意义。
　　在总结国内外大量文献的基础上，以研究沉没辊装置液固耦合振动特性和结构减振设计为目的，进行了结构非完全液固耦合、附加质量模型及动态响应等相关理论分析，并开展了针对性的试验研究。主要成果如下:
　　(1)根据沉没辊装置运动特点，研究了基于湿模态的结构非完全液固耦合数值法与广义液体附加质量法，为本文后续研究工作提供了理论依据。
　　(2)基于湿模态的非完全液固耦合方法，建立了沉没辊装置的数值模型，分析结构湿模态的固有频率及振型;结合现场振动试验得到的时频域信息，探讨了结构产生振动的原因，并验证了数值模型的有效性。
　　(3)基于附加质量理论，计算了结构在液体中各阶模态的广义附加质量集，并结合振动试验的响应规律，选取确定了优势模态下用于修正数值模型的液体附加质量;以带钢运动作为激励，模拟了沉没辊装置基于液体附加质量的瞬态动力响应，并对结构进行力学分析。
　　(4)利用湿模态和动力响应结果，研究了液体密度、带钢张力及包角等外界因素和辊筒壁厚、辊径和悬臂厚度等结构设计因素，对振动系统固有频率的影响程度及规律;分析了增加带钢的正弦激励对轴承的影响。
　　基于以上研究，提出了沉没辊装置的减振设计方法和建议。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 热镀锌线锌锅组件的研究现状

1．3 液周耦合振动的方法研究进展

1．3．1 基于湿模态的固有特性研究

1．3．2 振动响应及稳定性研究

1．3．3 液体附加质量法研究

1．4 拟解决的关键问题

1．5 主要研究内容及技术路线

1．5．1 主要研究内容

1．5．2 技术路线

第2章 非完全液固耦合方法及附加质量法研究

2．1 基于湿模态的结构非完全液固耦合数值法

2．1．1 非完全液同耦合基本原理

2．1．2 湿模态法的应用

2．2 广义液体附加质量法的研究

2．2．1 基于瑞利法的固有频率计算方法

2．2．2 广义附加质量、附加密度的分析方法

2．3 本章小结

第3章 沉没辊装置湿模态数值模拟及振动试验

3．1 基于湿模态法的结构非完全液固耦合数值模拟

3．1．1 沉没辊装置结构特点

3．1．2 数值模型的物性参数

3．1．3 液固域网格及耦合边界

3．2 湿模态数值分析结果

3．2．1 沉没辊装置固有频率及振型

3．2．2 主要振型与现场问题的对比分析

3．3 现场在线振动试验研究

3．3．1 试验原理

3．3．2 基本内容及试验条件

3．4 加速度振动信号处理

3．4．1 振动信号处理方法

3．4．2 测点时域及频域波形

3．5 时频域分析及数值模型验证

3．5．1 振动时域分析及原因剖析

3．5．2 振动频域分析及数值模型验证

3．5．3 试验分析的不足之处及问题探讨

3．6 本章小结

第4章 基于附加质量法的沉没辊装置瞬态动力响应研究

4．1 沉没辊装置的液体附加质量

4．1．1 液体附加质量数值求解

4．1．2 模态质量的分析及选取

4．2 以带钢运动为激励的瞬态动力响应数值模拟

4．2．1 广义液体附加质量分布

4．2．2 瞬态边界条件设定及求解设置

4．3 模型振动特性与湿模态的比较

4．4 沉没辊装置瞬态响应

4．4．1 沉没辊动力学分析

4．4．2 悬臂与支撑架位移及应力分析

4．4．3 带钢应力分析

4．5 本章小结

第5章 沉没辊装置振动频率的影响因素分析及其减振设计

5．1 基于影响因素的振动微分方程

5．1．1 外界激动影响因素归纳

5．1．2 振动微分方程建立

5．2 预应力及张力边界设定方法

5．3 固有频率影响因素分析

5．3．1 液体密度的影响

5．3．2 带钢规格及张力的影响

5．3．3 沉没辊包角的影响

5．4 沉没辊装置减振设计及建议

5．4．1 改进沉没辊壁厚与辊径

5．4．2 改进悬臂厚度

5．4．3 增加带钢的正弦激励

5．5 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 主要结论

6．2 工作展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

攻读硕士学位期间参加的科研项目