轧机振动的分析理论与方法PDF电子书下载

1 机械阻抗的概念 1

1.1 简谐振动的复指数表示 1

1.1.1 旋转矢量表示法 1

1.1.2 复数表示法 2

1.1.3 单位旋转因子 3

1.2 机电相似 4

1.2.1 串联谐振电路 4

1.2.2 力—电压相似 5

1.3 简谐激励作用下机械阻抗的定义 7

1.3.1 机械阻抗 7

1.3.2 机械导纳（Mechanical Mobility） 9

1.3.3 原点阻抗（导纳）和传递阻抗（导纳） 10

1.4 力—电流相似 11

1.4.1 问题的提出 11

1.4.2 机械系统中元件的阻抗和导纳 13

1.4.3 根据力—电流相似画机械网络 15

2 单自由度振动系统导纳分析 21

2.1 位移导纳特性分析 21

2.1.1 幅频和相频特性 21

2.1.2 实频和虚频特性 24

2.1.3 矢端图 25

2.2 从导纳（阻抗）曲线识别系统的固有动态特性 26

2.2.1 识别固有频率ωn和共振频率ωR 27

2.2.2 识别阻尼比ξ（阻尼系数c） 29

2.3 近似勾画导纳曲线 32

2.3.1 元件的导纳特性曲线 32

2.3.2 骨架线法（Skeleton） 36

3 多自由度振动系统导纳分析 41

3.1 阻抗矩阵和导纳矩阵 41

3.1.1 阻抗矩阵和导纳矩阵 41

3.1.2 阻抗矩阵、导纳矩阵中元素的物理解释 43

3.1.3 跨点导纳（阻抗）的互易定理 44

3.2 接地约束系统的原点、跨点导纳特性 44

3.2.1 共振频率及反共振频率 45

3.2.2 共振、反共振频率出现的次序 46

3.2.3 接地约束系统原点导纳特征的骨架线 47

3.2.4 速度导纳的骨架线 49

3.2.5 跨点导纳特性及其骨架线 49

3.3 自由—自由系统的导纳特性 51

3.3.1 原点导纳特性 51

3.3.2 骨架线 52

3.3.3 骨架线的用途 53

3.3.4 骨架线法的推广 55

3.4 导纳函数的实模态展开式 56

3.4.1 无阻尼振动系统的固有频率及振型 56

3.4.2 主振型的正交性 57

3.4.3 有阻尼系统导纳函数的实模态展开式 58

4 复模态理论 61

4.1 单自由度系统传递函数的复模态展开式 61

4.1.1 特征方程有共轭复根 61

4.1.2 传递函数H（s）的有理部分分式展开式 62

4.1.3 留数的意义 63

4.2 多自由度系统传递函数的复模态展开式 63

4.2.1 传递函数按极点展开式 63

4.2.2 留数与复振型的关系 65

4.3 复模态分析及其应用 69

4.3.1 复特征值问题 69

4.3.2 关于复模态与实模态的讨论 72

4.4 状态向量法求解黏性阻尼系统 73

4.4.1 状态向量的微分方程及阻尼衰减振动 73

4.4.2 复振型对系数矩阵［A］、［B］的正交性 74

4.4.3 阻尼系统的强迫振动响应 75

5 2130mm轧机振动分析 77

5.1 有限元法简介 77

5.2 振动分析的有限元理论 78

5.2.1 结构离散化 79

5.2.2 单元分析 79

5.2.3 整体分析 80

5.2.4 引入边界条件、求解方程 80

5.3 ANSYS 10.0简介 81

5.3.1 简介 81

5.3.2 ANSYS软件的功能 82

5.3.3 ANSYS有限元分析的三个阶段 82

5.4 机架的模态分析 83

5.4.1 2130mm冷连轧机介绍 83

5.4.2 建立模型 84

5.4.3 网格划分、施加边界条件及求解 85

5.4.4 扩展模态及观察结果 85

5.4.5 机架各阶典型模态结果分析 87

5.5 利用解析法对机架进行动力学分析 88

5.5.1 等效质量法求解机架固有频率 89

5.5.2 能量法求解机架（反对称振型）固有频率 90

5.5.3 能量法求解机架（对称振型）固有频率 93

5.5.4 能量法求解机架第4阶模态固有频率 96

5.5.5 等效质量法求解机架（垂振）固有频率 97

5.6 结构尺寸对垂直振动固有频率的影响 99

5.6.1 上横梁高度对垂振固有频率的影响 99

5.6.2 立柱断面尺寸对垂振固有频率的影响 99

5.6.3 机架垂振频率及重量曲线分析 100

6 1450mm轧机振动分析 102

6.1 轧机机架的动力学分析 102

6.1.1 机架有限元模态分析 102

6.1.2 利用解析法求解典型振型固有频率 104

6.1.3 结构参数对垂直振动的影响分析 108

6.2 轧辊的动力学分析 110

6.2.1 轧辊的有限元分析 110

6.2.2 轧辊结构参数对固有频率的影响 117

6.3 轧机机组系统的有限元分析 119

7 5500mm轧机振动分析 123

7.1 机架强度和刚度的有限元分析 123

7.1.1 机架有限元模型的建立及网格划分 123

7.1.2 机架的约束情况和载荷施加 124

7.1.3 机架的应力分析 127

7.1.4 机架的刚度分析 129

7.1.5 小结 132

7.2 5500mm轧机机架的优化设计 132

7.2.1 优化设计基本原理 132

7.2.2 优化设计步骤 133

7.2.3 优化变量的确定 134

7.2.4 机架简化模型的分析及边界约束 135

7.2.5 优化结果 136

7.2.6 优化结果分析 137

7.2.7 小结 140

7.3 5500mm轧机机架的模态分析 141

7.3.1 结构动力学分析简介 141

7.3.2 模态分析的基本概念 142

7.3.3 使用ANSYS模态分析的过程 142

7.3.4 机架有限元模型 143

7.3.5 机架各阶模态分析结果 143

参考文献 155