軋制界面非穩態潤滑動力學特性研究

《軋制界面非穩態潤滑動力學特性研究》是依託北京科技大學，由臧勇擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：軋制界面非穩態潤滑動力學特性研究
• 依託單位：北京科技大學
• 項目負責人：臧勇
• 項目類別：面上項目

項目摘要

高速軋制過程中界面潤滑液流量偏析，非均勻彈塑性變形以及局部熱效應等非穩態量對工作界面的潤滑狀況有著重要的影響，可能導致嚴重的軋制失穩和設備損害，研究高速軋機運行過程中軋制界面的非穩態潤滑特性及其對系統動力學特性的影響具有較重要的實用價值和理論意義。本項目基於表界面科學、微觀接觸力學及流體潤滑理論建立軋制界面的動力潤滑模型，分析軋件表面形貌、環境溫度及軋制工藝參數對界面摩擦與潤滑特性的影響規律，並討論考慮介質相含率的多態耦合界面潤滑特性和力學性能；綜合潤滑液流量偏析、局部熱效應和接觸非均勻彈塑性變形等非穩態因素的耦合作用，對軋制界面非穩態潤滑特性進行深入研究。通過理論分析、仿真模擬和實驗驗證，將軋制界面非穩態潤滑引入高速軋制過程的整體動力學建模，套用多尺度分析方法和激變理論研究非穩態潤滑條件下系統異常動力學行為與運行失穩的誘導機制，為軋制工藝規程的制定、潤滑失穩的預測與控制提供理論依據。

結題摘要

金屬冷軋過程中為了達到減少摩擦磨損、降低能耗以及提高軋件表面質量等目的，通常會在其過程中採用適當的潤滑。然而在高速軋制過程中，常常會由於軋制界面的非穩態潤滑與摩擦狀態而引起系統振動。對考慮軋制界面微觀特性的軋機巨觀振動問題進行分析不僅是對軋制界面潤滑狀態研究的一個延伸，而且是科學研究的回歸和實踐。因此，對軋機界面的非穩態潤滑特性及軋機的巨觀振動特性進行理論研究具有重要的科學意義和工程意義。 本項目根據軋制潤滑的實際情況，建立了包括入口區在內的穩態軋制界面流體潤滑、混合潤滑模型，構建了考慮表面形貌因素影響的包括流體潤滑、混合潤滑狀態在內的非穩態軋制界面潤滑模型，並引入流量偏析、非均勻溫度場、粗糙峰及非均勻變形等非穩態的干擾因素；以穩態軋制界面潤滑模型為基礎，提出了非穩態軋制界面評價體系，對非穩態條件下軋制壓力、油膜厚度等特性參數波動進行了分析與評價；以二輥實驗軋機為平台，進行了鋁合金板帶材軋制潤滑實驗，對理論模型及計算結果進行了驗證。 本項目基於對國內外近十年在軋制顫振建模及理論研究的研究進展，考慮軋制界面非線性摩擦係數以及軋機結構模型和動態軋制過程模型之間的相互耦合關係，構建了單機架軋機垂直-扭轉-水平整體耦合動力學模型；利用Hopf分岔的Hurwitz判據分析了系統的穩定性，並對不同軋制工藝參數和軋機結構參數對系統穩定域的影響進行了詳細的分析；以開卷機的實際開卷速度作為控制量，構造了線性和非線性狀態反饋控制器，對系統的振動特性進行了控制，達到了擴大系統穩定域、改變系統Hopf分岔類型以及控制系統極限環振動幅值的目的；考慮機架間的張力波動和時滯傳遞，建立了多機架連軋機再生顫振模型，並對其穩定性及失穩機理進行了分析。 本項目的研究結果表明，軋制界面的非穩態摩擦潤滑問題是影響輥縫性態的關鍵因素，是引起軋機振動和失穩的主要誘因之一，因此合理的摩擦模型是準確表征動態軋制過程的核心問題。並且在對軋制界面非穩態潤滑深刻認識的基礎上，本項目又對軋機的單機架多模態耦合振動及多機架再生顫振的動力學特性進行了研究，為生產過程中工藝規程的制定提供了可靠的依據。