《熱力耦合效應下高速軋制過程的非線性動力學研究》是依託北京科技大學，由郜志英擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：熱力耦合效應下高速軋制過程的非線性動力學研究
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：郜志英
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
軋機系統具有多變數耦合和強非線性的特徵，還受到外界隨機干擾的影響，國內外對軋制動力學進行了多方面的研究，但對軋制過程的非線性本質機理遠未認識清楚。本項目基於Hertz彈性接觸和熱彈流潤滑理論，綜合考慮熱彈變形、界面摩擦和間隙的耦合作用，建立軋制過程非線性動力學模型；運用分岔與激變理論對系統參數和外界干擾誘發的極限環和混沌等複雜非線性振動形式進行討論，揭示其振動機理和失穩機制，並將胞映射與Monte Carlo統計方法相結合對系統在狀態空間的隨機動力回響進行研究；利用動力學仿真軟體對系統的熱力耦合動力學行為進行分析，並對軋制過程的非線性動態特性和隨機動力回響進行試驗研究，利用相空間重構和回歸方法對測試信號進行處理；最後通過對理論分析、仿真模擬和試驗結果的對比驗證，為軋機結構的最佳化設計、工藝規程的制定、軋制失穩的預測與控制提供理論依據，並推動非線性理論在複雜機械裝備及控制領域的套用實現新突破。
結題摘要
針對板帶軋機振動的共性關鍵問題，從熱力耦合軋制界面特性、系統的非線性動力學建模方法、系統的分岔與穩定性以及動態回響等方面開展了研究，揭示了系統時變參數和外界干擾誘發的極限環和混沌等複雜非線性振動形式，並基於動態分岔實現了對自激振動的反饋控制。主要的研究內容包括： （1）根據軋制潤滑的實際情況，對軋制界面混合潤滑狀態的界面特性進行分析，分別採用流量分析法和彈流分析法，對軋制界面混合潤滑問題中的動力學機理進行了對比分析和相應的數值計算；建立了考慮O/W型乳化液中分散相凝聚效應的混合潤滑模型，並以此模型定量地分析了O/W型乳化液中分散相的凝聚效應與軋制壓力之間的關係；建立了混合潤滑狀態下界面熱效應以及傳熱機制的理論模型。在研究界面熱效應問題時，同時考慮到軋制塑性變形熱和軋制摩擦熱的影響。 （2）基於輥系-機架垂直系統和主傳動扭轉系統，考慮阻尼和剛度等非線性結構參數的影響，建立系統的非線性動力學模型，採用多尺度法、Lyapunov穩定性理論以及Hopf分岔計算等分析方法對系統的動力學特性和失穩分岔機制進行了研究，並通過非線性數值方法對系統的回響進行了仿真和驗證。 （3）考慮軋機主傳動系統的非線性結構阻尼、軋制界面摩擦的負阻尼效應以及軋制界面摩擦的粘滑特性，建立了兩種不同機理的扭轉與水平耦合振動模型；基於Hopf分岔理論研究軋機耦合非線性自治系統的分岔行為，採用數值仿真研究軋機的全局分岔情況，獲得了系統的安全域。 （4）基於軋機主傳動系統，通過電動機的電磁轉矩和速度反饋，將延遲環節引入被控系統，建立主傳動系統和電氣控制系統相耦合的動力學仿真模型；並將負載擾動作為一個狀態量寫入狀態空間方程，通過狀態空間轉化與合併，建立基於狀態空間的軋機主傳動系統仿真模型。根據狀態空間模型，通過設計基於次優卡爾曼濾波器的全維狀態觀測器和最優反饋增益，提出了基於LQG的扭振控制策略，保證了系統的魯棒性。為提高系統穩定性，最佳化觀測器的結構降維，避免中間參考輸入可能出現的系統噪聲,套用了基於LQG/LTR的扭振控制策略。
