運動板殼的振動特性研究及其在表面質(zhì)量控制中的應用.pdf

1、運動板殼普遍存在于工程中的各個領(lǐng)域，其中尤以軸向運動板、軸向運動圓柱殼以及旋轉(zhuǎn)圓柱殼最為常見，它們在運動狀態(tài)下表現(xiàn)出的不同振動特性引起了各國學者的廣泛和高度關(guān)注。軸向運動板在很長一段時間被簡化為軸向運動弦和梁來研究，這種簡化對于中等寬度及以上板的動力學研究會產(chǎn)生很大誤差甚至錯誤，而對于軸向運動板模型的振動研究，在最近十幾年才逐漸活躍起來，但主要局限于理論方面的討論和分析，與軸向運動板濃厚的工程背景相脫離。而軸向運動圓柱殼，其對應的工程實

2、例已逐漸采用多組分材料并經(jīng)常伴隨幾何大變形，由于其振動問題求解困難而鮮見相關(guān)報導，開展相應的研究工作有非?，F(xiàn)實的理論和工程意義。雖然旋轉(zhuǎn)圓柱殼的振動研究開展較早，但多集中于其固有特性的分析，對工程較為常見的法向激勵下的受迫振動研究也亟需展開。
　　本文針對目前運動板殼振動研究中出現(xiàn)的問題，以軸向運動薄板、旋轉(zhuǎn)薄壁圓柱殼和軸向運動分層復合材料圓柱殼為研究對象，緊密依托其應用背景，對運動板殼的振動特性進行了理論、數(shù)值和試驗研究。同時，

3、將研究成果應用于連續(xù)熱鍍鋅鋼帶的表面質(zhì)量在線控制。論文主要工作和成果如下:
　　(1)研究工程應用中常見影響因素共同作用下的軸向運動薄板的橫向振動特性。應用哈密頓原理建立了考慮軸向速度、張力、阻尼、支撐運動、非線性載荷等因素作用下的軸向運動薄板動力學方程，用理論方法分析了工程可控生產(chǎn)參數(shù)對薄板固有特性和振動響應的影響，得到了與工程實際相一致的結(jié)論，即在連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)線上，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、同時提出了一種計算組合懸臂板固有特性的方法。
　　(2)研究連續(xù)熱鍍鋅浸液鋼帶實時振動控制方法并構(gòu)建鋼帶表面質(zhì)量在線控制整體方案。建立了連續(xù)熱鍍鋅生產(chǎn)線鍍后冷卻段不同產(chǎn)品鋼帶的振動模型，采用有限元方法驗證了模型中假設(shè)支撐的正確性。通過現(xiàn)場測試的分析結(jié)果來確定鋼帶受到的主要激勵，運用有限元仿真對部分浸鋅液鋼帶振動的固有特性和振動響應進行了參數(shù)研究。將前面得到的軸向運動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，通過優(yōu)化

5、生產(chǎn)參數(shù)降低氣刀附近鋼帶振動。這種方法具有計算速度快、誤差小及便于程序?qū)崿F(xiàn)等特點，基于此方法開發(fā)了離線振動預測系統(tǒng)，并提出了連續(xù)熱鍍鋅鋼帶表面質(zhì)量在線控制的整體解決方案。
　　(3)研究軸向運動分層復合材料薄壁圓柱殼的非線性振動特性。首先提出了一種將試驗和理論分析相結(jié)合的方法來研究復合材料薄壁圓柱殼的動態(tài)彈性模量，得到了動態(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、法對軸向運動分層復合材料薄壁圓柱殼在法向簡諧激勵下的非線性振動特性進行了研究，兩種方法所得結(jié)論一致并觀察到了系統(tǒng)內(nèi)共振現(xiàn)象，分析了不同參數(shù)對系統(tǒng)振動特性的的影響，同時討論了解的穩(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)研究法向激勵下考慮幾何非線性的旋轉(zhuǎn)薄壁圓柱殼的波動振動。首先采用復分析方法研究了法向激勵下旋轉(zhuǎn)薄壁圓柱殼的線性波動振動，獲得了行波共振頻率的數(shù)學表達。然后采用漸近攝動法研究并得到了幾何非線