锌锅内辊系的流固耦合模态分析

发布时间：2017-12-02 09:00

  本文关键词：锌锅内辊系的流固耦合模态分析

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【摘要】：在实际生产过程中,镀锌生产线经常会发生镀锌后的带钢表面出现振动纹、镀层不均匀等现象。同时,辊子的轴端磨损较快,寿命较短,需要频繁换辊。针对该问题,本文以热镀锌生产线锌锅内辊系(三辊六臂一带钢)及其子系统(辊子及带钢)为研究对象,区分忽略锌液影响和考虑锌液影响两种情况,分别进行了辊系及其子系统的干模态分析和流固耦合湿模态分析,为后期提出合理的治理方案奠定理论基础,并为生产线的结构设计及工艺参数调整提供理论参考。主要工作如下:首先,结合“三辊六臂”系统的结构组成和工作特点,建立了辊架、辊子及带钢的有限元模型。将带钢视为线弹簧。在辊子轴套和衬套表面节点分别创建局部柱坐标系,耦合节点组的径向和轴向移动自由度,松弛周向自由度,以实现辊子相对于辊架吊臂的自由转动。分别计算得到了辊系的前10阶干模态和湿模态。发现由于带钢连接相对较弱,辊系模态大多呈现沉没辊架或纠正辊架的局部模态。据此建议对带钢系统初步建模时,可以分别单独考虑两辊架支承柔性的影响。其次,忽略锌液的影响,分两端自由(对应辊子大幅振动时跳离衬套约束的瞬间)和两端简支(对应辊子运转不太剧烈的情况)两种情况,分别对三个子系统进行了干模态分析。发现沉没辊的自由模态和约束模态中均出现了圆环模态,且第1阶圆环模态固有频率均为330Hz左右。简支条件下的细长稳定辊和纠正辊低阶主要是弯曲振动,一弯振动模态固有频率为180Hz左右。带钢对辊子动特性的影响,主要反映在辊子的刚体模态频率上。最后,还对三个子系统在锌液中的流固耦合湿模态进行了计算,同时分析了锌液密度的影响。发现,无论是对辊系大系统还是辊子子系统,锌液的影响均使各系统各阶模态固有频率有所降低,但降低的程度各不相同,与振型有关:若某阶模态振型在固液交界面的法线方向有明显振动,则由于锌液对辊子或辊架运动的阻碍作用,将导致系统固有频率显著降低,这进一步导致模态阶次的调整。两端简支细长稳定辊和纠正辊的一弯振动湿模态固有频率为120Hz左右。沉没辊的四节点圆环湿模态固有频率为180Hz左右,六节点圆环湿模态固有频率为350Hz左右。生产线上时有发生的带钢振动纹故障可能跟这两阶模态被某种原因所激发有关。
【学位授予单位】：安徽工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TG174.44

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本文编号：1244320