運(yùn)動(dòng)板殼的振動(dòng)特性研究及其在表面質(zhì)量控制中的應(yīng)用.pdf

1、運(yùn)動(dòng)板殼普遍存在于工程中的各個(gè)領(lǐng)域，其中尤以軸向運(yùn)動(dòng)板、軸向運(yùn)動(dòng)圓柱殼以及旋轉(zhuǎn)圓柱殼最為常見(jiàn)，它們?cè)谶\(yùn)動(dòng)狀態(tài)下表現(xiàn)出的不同振動(dòng)特性引起了各國(guó)學(xué)者的廣泛和高度關(guān)注。軸向運(yùn)動(dòng)板在很長(zhǎng)一段時(shí)間被簡(jiǎn)化為軸向運(yùn)動(dòng)弦和梁來(lái)研究，這種簡(jiǎn)化對(duì)于中等寬度及以上板的動(dòng)力學(xué)研究會(huì)產(chǎn)生很大誤差甚至錯(cuò)誤，而對(duì)于軸向運(yùn)動(dòng)板模型的振動(dòng)研究，在最近十幾年才逐漸活躍起來(lái)，但主要局限于理論方面的討論和分析，與軸向運(yùn)動(dòng)板濃厚的工程背景相脫離。而軸向運(yùn)動(dòng)圓柱殼，其對(duì)應(yīng)的工程實(shí)

2、例已逐漸采用多組分材料并經(jīng)常伴隨幾何大變形，由于其振動(dòng)問(wèn)題求解困難而鮮見(jiàn)相關(guān)報(bào)導(dǎo)，開(kāi)展相應(yīng)的研究工作有非常現(xiàn)實(shí)的理論和工程意義。雖然旋轉(zhuǎn)圓柱殼的振動(dòng)研究開(kāi)展較早，但多集中于其固有特性的分析，對(duì)工程較為常見(jiàn)的法向激勵(lì)下的受迫振動(dòng)研究也亟需展開(kāi)。
　　本文針對(duì)目前運(yùn)動(dòng)板殼振動(dòng)研究中出現(xiàn)的問(wèn)題，以軸向運(yùn)動(dòng)薄板、旋轉(zhuǎn)薄壁圓柱殼和軸向運(yùn)動(dòng)分層復(fù)合材料圓柱殼為研究對(duì)象，緊密依托其應(yīng)用背景，對(duì)運(yùn)動(dòng)板殼的振動(dòng)特性進(jìn)行了理論、數(shù)值和試驗(yàn)研究。同時(shí)，

3、將研究成果應(yīng)用于連續(xù)熱鍍鋅鋼帶的表面質(zhì)量在線(xiàn)控制。論文主要工作和成果如下:
　　(1)研究工程應(yīng)用中常見(jiàn)影響因素共同作用下的軸向運(yùn)動(dòng)薄板的橫向振動(dòng)特性。應(yīng)用哈密頓原理建立了考慮軸向速度、張力、阻尼、支撐運(yùn)動(dòng)、非線(xiàn)性載荷等因素作用下的軸向運(yùn)動(dòng)薄板動(dòng)力學(xué)方程，用理論方法分析了工程可控生產(chǎn)參數(shù)對(duì)薄板固有特性和振動(dòng)響應(yīng)的影響，得到了與工程實(shí)際相一致的結(jié)論，即在連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)線(xiàn)上，提高鋼帶速度和減小鋼帶張力將使降低氣刀附近鋼帶振幅更加困難。

4、同時(shí)提出了一種計(jì)算組合懸臂板固有特性的方法。
　　(2)研究連續(xù)熱鍍鋅浸液鋼帶實(shí)時(shí)振動(dòng)控制方法并構(gòu)建鋼帶表面質(zhì)量在線(xiàn)控制整體方案。建立了連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)線(xiàn)鍍后冷卻段不同產(chǎn)品鋼帶的振動(dòng)模型，采用有限元方法驗(yàn)證了模型中假設(shè)支撐的正確性。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試的分析結(jié)果來(lái)確定鋼帶受到的主要激勵(lì)，運(yùn)用有限元仿真對(duì)部分浸鋅液鋼帶振動(dòng)的固有特性和振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行了參數(shù)研究。將前面得到的軸向運(yùn)動(dòng)薄板理論研究成果和有限元仿真技術(shù)相結(jié)合，引入多元二次回歸，通過(guò)優(yōu)化

5、生產(chǎn)參數(shù)降低氣刀附近鋼帶振動(dòng)。這種方法具有計(jì)算速度快、誤差小及便于程序?qū)崿F(xiàn)等特點(diǎn)，基于此方法開(kāi)發(fā)了離線(xiàn)振動(dòng)預(yù)測(cè)系統(tǒng)，并提出了連續(xù)熱鍍鋅鋼帶表面質(zhì)量在線(xiàn)控制的整體解決方案。
　　(3)研究軸向運(yùn)動(dòng)分層復(fù)合材料薄壁圓柱殼的非線(xiàn)性振動(dòng)特性。首先提出了一種將試驗(yàn)和理論分析相結(jié)合的方法來(lái)研究復(fù)合材料薄壁圓柱殼的動(dòng)態(tài)彈性模量，得到了動(dòng)態(tài)彈性模量與激振力頻率之間的Lorentzian函數(shù)關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，分別采用Runge-Kutta法和多尺度

6、法對(duì)軸向運(yùn)動(dòng)分層復(fù)合材料薄壁圓柱殼在法向簡(jiǎn)諧激勵(lì)下的非線(xiàn)性振動(dòng)特性進(jìn)行了研究，兩種方法所得結(jié)論一致并觀(guān)察到了系統(tǒng)內(nèi)共振現(xiàn)象，分析了不同參數(shù)對(duì)系統(tǒng)振動(dòng)特性的的影響，同時(shí)討論了解的穩(wěn)定性。研究結(jié)果表明，材料的分層使系統(tǒng)呈現(xiàn)了明顯的軟特性。
　　(4)研究法向激勵(lì)下考慮幾何非線(xiàn)性的旋轉(zhuǎn)薄壁圓柱殼的波動(dòng)振動(dòng)。首先采用復(fù)分析方法研究了法向激勵(lì)下旋轉(zhuǎn)薄壁圓柱殼的線(xiàn)性波動(dòng)振動(dòng)，獲得了行波共振頻率的數(shù)學(xué)表達(dá)。然后采用漸近攝動(dòng)法研究并得到了幾何非線(xiàn)