《軋制變形區熱潤滑粗糙界面的非線性接觸振動機理研究》是依託北京科技大學，由肖會芳擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：軋制變形區熱潤滑粗糙界面的非線性接觸振動機理研究
- 依託單位：北京科技大學
- 項目負責人：肖會芳
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
板帶生產中，軋輥和帶鋼界面的接觸振動引起軋輥-帶鋼界面潤滑狀態改變，不僅極大地影響帶鋼的表面質量，甚至引起軋機的顫振。針對軋制過程軋輥-帶鋼變形區界面具有粗糙的形貌特徵、不同潤滑狀態、流-固-熱多場耦合的特性，採用理論分析、數值模擬和實驗驗證相結合的方法，對變形區潤滑界面的接觸振動機理進行研究。主要研究內容包括：（1）研究變形區熱效應溫度場與潤滑接觸模型的耦合方法，建立流-固-熱多場耦合作用下粗糙界面接觸振動基礎模型；（2）建立多場耦合分析模型，提出粗糙表面與熱潤滑油膜之間的流-固-熱耦合計算方法，構建界面接觸剛度和界面阻尼與界面特性參數之間的非線性映射關係；（3）建立界面接觸振動的運動方程，提出多場耦合粗糙界面非線性動力學方程的求解方法，揭示界面的非線性接觸振動機理與特性。本研究旨在揭示影響帶鋼表面質量的界面行為機理，為改善板帶表面質量、降低軋制能耗提供理論基礎與關鍵技術。
結題摘要
本項目以軋制工作輥與帶鋼形成的軋制界面為研究對象，針對其具有粗糙形貌、乳化液潤滑、流-固-熱多場耦合等特點，研究軋制變形區粗糙界面的接觸振動機理和影響帶鋼表面質量的界面行為機理，為改善板帶表面質量、避免軋機顫振提供理論基礎與新的思路。主要研究內容包括：（1）研究變形區熱效應溫度場與潤滑接觸模型的耦合方法，建立流-固-熱多場耦合作用下粗糙界面接觸振動基礎模型；（2）建立多場耦合分析模型，提出粗糙表面與熱潤滑油膜之間的流-固-熱耦合計算方法，構建界面接觸剛度和界面阻尼與界面特性參數之間的非線性映射關係；（3）建立界面接觸振動的運動方程，提出多場耦合粗糙界面非線性動力學方程的求解方法，揭示界面的非線性接觸振動機理與特性。取得的主要進展包括：（1）基於具有自相似和尺度獨立的粗糙表面分形模型，建立了基於靜平衡位置的彈性粗糙體-剛性平面的粗糙界面接觸振動模型，獲得了不同界面形貌接觸模型的力-變形關係，構造了粗糙接觸界面的剛度表達式，研究了粗糙界面接觸振動的固有頻率和受迫振動回響特性，揭示了粗糙界面接觸振動系統的軟彈簧非線性特性和受迫振動回響振幅跳躍突變特性的界面行為機理。（2）基於界面的法向載荷由潤滑油膜和粗糙體共同承擔的載荷分配思想，採用Greenwood-Williamson統計模型描述粗糙表面形貌，考慮界面潤滑的時變效應和潤滑油的粘-壓特性，建立了線接觸滑動粗糙界面的油膜厚度方程和粗糙體接觸壓力方程，獲得了整個潤滑區的潤滑油膜載荷比例因子、油膜厚度和摩擦係數隨滑動速度的變化關係，推導了界面由混合潤滑過渡為液壓潤滑的臨界速度關係表達式，分析了滑動粗糙界面的潤滑承載機理，獲得了界面油膜厚度、摩擦係數和臨界速度隨界面形貌參數、法向載荷、潤滑油屬性參數的變化規律，為工作輥表面處理和乳化液的配比過程提供理論依據。（3）考慮軋制界面粗糙形貌的影響，建立了軋機輥系系統非線性垂直振動動力學模型，計算了具有不同粗糙表面形貌軋機輥系系統的非線性剛度特性和固有頻率特性，並與採用Duffing振子描述界面剛度的傳統軋機模型進行了對比，求解了考慮界面粗糙形貌影響的軋機系統主共振幅頻特性方程，推導了系統受迫振動回響的跳躍頻率和跳躍幅值表達式，分析了軋制界面粗糙形貌、激勵載荷、非線性剛度因子和阻尼對軋機輥系系統動力學回響特性的影響，為抑制軋機振動提供有效的理論參考。
