一种超高强板带矫直机辊系组元优化方法及系统

本发明属于智能制造，尤其涉及一种超高强板带矫直机辊系组元优化方法及系统。

背景技术：

1、超高强板带是一种高强度、高硬度的板带材料，随着超高强板带在工业领域的广泛应用，其矫直过程对于板带的最终质量至关重要。辊系作为矫直机的核心组成部分，其设计和优化对提高矫直机的性能和稳定性有很大的影响。因此，超高强板带的矫直对辊系的设计和优化提出了更高的要求。

2、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：传统的辊系设计方法往往注重单一元件的性能，而忽略了整体系统的优化，导致矫直效果不佳、能耗高、易磨损等问题。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种超高强板带矫直机辊系组元优化方法及系统。

2、本发明是这样实现的，一种超高强板带矫直机辊系组元优化方法，包括：

3、s1.建立辊系变形计算模型；

4、s2.进行辊系结构动力学仿真分析；

5、s3.建立热力耦合的动力学有限元模型；

6、s4.建立辊系多关系复合级联网络演化模型；

7、s5.确定最佳的辊系结构参数组合。

8、进一步，建立辊系变形计算模型包括：

9、s11.收集关于辊载的拉矫工艺的数值计算结果；

10、s12.基于卡斯奇里杨诺定理，在考虑切应力作用、忽略板带和辊系之间的弹性压扁的情况下，建立辊系变形的解析方程，描述了辊系的弯曲变形与载荷之间的关系；

11、卡斯奇里杨诺定理的公式为：

12、

13、其中v是挠度，fn是作用在其上的力，m是集中力距中性轴的距离，l是跨度；

14、s13.根据所建立的解析方程，使用数值方法求解，得到工作辊、中间辊和支撑辊在给定载荷下的扰度，并分析不同辊子互相作用之间的扰度变化关系。

15、进一步，结构动力学仿真分析步骤如下：

16、s21.根据实际情况，对多辊矫直设备的辊系模型进行简化，忽略对整体性能影响较小的细节，保留主要的几何特征和约束条件；

17、s22.根据辊系的几何形状、连接方式和工作原理，使用限元分析软件创建多辊矫直设备的辊系模型；

18、s23.对辊系模型进行网格划分，将连续的模型离散化为有限个网格单元；选择合适的网格大小和类型，确保能够准确模拟辊系的变形和应力分布；

19、s24.根据虚功原理，确定网格单元的刚度；通过计算单元在载荷作用下的变形量，可以得到单元的刚度矩阵，刚度矩阵描述了网格单元抵抗变形的能力；

20、虚功原理公式：

21、

22、其中，表示虚功，表示虚力，表示虚位移，而0表示平衡状态；

23、s25.根据矫直工艺的要求和辊系的实际工作状态，在相应的网格单元上施加辊子载荷；

24、s26.对建立的辊系模型进行动力学仿真分析，模拟在不同情况下辊系的动态响应和应力分布；

25、s27.分析辊系直径比、辊系孔径比对工作辊、中间辊、支撑辊上载荷分布及弯曲变形程度的影响规律，同时注意辊子之间如何传递载荷以及不同相互作用强度下辊子的弯曲变形量。

26、进一步，建立热力耦合的动力学有限元模型具体步骤如下：

27、s31.采用间接耦合法处理热应力的非高度非线性耦合，先单独分析热传递，然后再将得到的温度场作为载荷施加到动力学模型中，以考虑热应力对结构的影响；

28、s32.分析轴承在转动过程中由于摩擦产生的热量，基于轴承摩擦生热的分析结果，模拟不同情况下的热力耦合行为，分析轴承摩擦生热对轴端变形抗力的影响规律；

29、s33.建立辊系轴端刚度受轴承热影响的响应曲面模型。描述温度变化如何影响轴端的刚度，从而影响整个辊系的性能。

30、进一步，建立辊系多关系复合级联网络演化模型具体步骤如下：

31、s4基于上述的热力耦合动力学模型，结合辊系组件的结构特点，使用耦合映像格子模型，将系统抽象为一个格子模型，其中每个节点代表一个辊子，引入载荷并观察其在节点之间的传递过程，通过耦合映像，分析各个节点之间的相互作用和弯曲变形传递关系，建立复合级联网络演化模型；

32、耦合映像格子公式为：

33、

34、xn+1(i)表示时刻n+1辊子i的状态，f(xn(i))表示辊系部件i的刚度变化规律函数，表示辊子i与其它辊子的载荷作用；εij是耦合强度，g(xn(j))和g(xn(i))表示两个不同辊子的刚度性能变化函数。

35、进一步，确定最佳的辊系结构参数组合具体步骤如下：

36、s51.基于辊系直径比、辊系孔径比对工作辊、中间辊、支撑辊上载荷分布及弯曲变形程度的影响规律及辊系轴端刚度受轴承热影响的响应曲面模型，结合载荷多关系复合级联网络演化模型进行结构参数的初步优化；

37、s52.根据超高强板带多辊矫直的生产需求和设备的承载约束，确定最佳的辊系结构参数组合。

38、本发明的另一目的在于提供一种实现所述超高强板带矫直机辊系组元优化方法的超高强板带矫直机辊系组元优化系统，包括：

39、变形计算模型建立模块，用于建立辊系变形计算模型；

40、动力学仿真分析模块，用于进行辊系结构动力学仿真分析；

41、有限元模型建立模块，用于建立热力耦合的动力学有限元模型；

42、网络演化模型建立模块，用于建立辊系多关系复合级联网络演化模型；

43、参数组合获得模块，用于确定最佳的辊系结构参数组合。

44、本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，计算机设备包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行所述的超高强板带矫直机辊系组元优化方法的步骤。

45、本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，使得处理器执行所述的超高强板带矫直机辊系组元优化方法的步骤。

46、本发明的另一目的在于提供一种信息数据处理终端，信息数据处理终端用于实现所述的超高强板带矫直机辊系组元优化系统。

47、结合上述的技术方案和解决的技术问题，本发明所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：

48、第一，本发明从局部到全局，从单一因素到复合因素，全面深入地分析超强板带矫直机辊子的刚度和相互作用之间的影响。

49、本发明通过优化辊系结构参数组合，提高辊系的刚度，减小辊系的弯曲变形，从而确保超高强板带多辊矫直机的稳健运行。

50、本发明通过建立辊系变形计算模型和进行结构动力学仿真分析，可以更准确地预测辊子在工作时的变形情况，有助于优化辊系结构，提高矫直效率和板形质量。结合热力耦合的动力学有限元模型，考虑了热应力对辊系性能的影响，使得优化方案更加全面，能够应对实际工作条件下的复杂情况。通过建立辊系多关系复合级联网络演化模型，可以综合考虑不同辊子之间的相互影响，为辊系结构参数的优化提供更准确的依据，从而最大程度地提升辊系的刚度和稳定性。最终确定的最佳辊系结构参数组合，可以根据超高强板带多辊矫直的生产需求和设备的承载约束进行调整，具有较强的适应性和实用性。通过优化辊系结构，可以减小辊子的弯曲变形和辊缝的变化，降低了设备的运行风险，提高了设备的可靠性和稳定性，同时延长了设备的使用寿命。

51、第二，本发明通过优化辊系的刚度，可以提高超高强板带在多辊矫直过程中的矫直效率和精度，从而提升生产线的整体生产能力和产品质量，减少了废品率和二次加工的需求，降低生产成本，提升了企业的经济效益。

52、超高强板带多辊矫直领域，辊系的刚度优化是提高矫直效率和产品质量的关键。然而，辊系的复杂变形行为在过去没有得到充分的理论和实验研究，导致缺乏有效的解决方案来提高辊系的刚度。因此，该技术方案提出了一种系统的方法来建立辊系变形计算模型、进行结构动力学仿真分析、建立热力耦合的动力学有限元模型以及辊系多关系复合级联网络演化模型，以及确定最佳的辊系结构参数组合。这些步骤的组合填补了以往在辊系刚度优化方面的技术空白，为解决这一问题提供了新的思路和方法。

53、第三，在所述的辊系变形计算与分析过程中，显著的技术进步主要体现在以下几个方面：

54、1.精确的建模方法：传统的辊系变形分析只考虑了单一的力学效应，如弯曲或拉伸，而忽略了它们之间的耦合效应。在本方法中，通过引入卡斯奇里杨诺定理，并结合拉矫工艺的数值计算结果，建立了一个能够全面描述辊系变形的解析方程。这不仅考虑了切应力的作用，还忽略了板带和辊系之间的弹性压扁，从而提高了模型的准确性。

55、2.多关系复合级联网络演化模型的建立：传统的辊系分析往往只关注单一辊系的性能，而忽略了辊系之间的相互作用和影响。通过建立辊系多关系复合级联网络演化模型，可以更加全面地分析辊系之间的相互作用和相互影响，从而得到更加准确和全面的分析结果。

56、3.数值求解方法的优化：根据所建立的解析方程，使用数值方法进行求解，这不仅提高了计算的精度，还大大提高了计算效率。通过分析和比较不同辊子之间的扰度变化关系，可以更好地理解辊系的动态行为，并为后续的结构优化提供有力的支持。

57、4.综合考虑多种因素：在辊系结构动力学仿真分析和热力耦合的动力学有限元模型建立过程中，综合考虑了多种因素，如材料属性、边界条件、载荷分布等。这种综合考虑多种因素的方法，使得分析结果更加接近实际情况，提高了分析的可靠性和实用性。

58、本发明的技术进步使得辊系变形计算与分析更加准确、全面和高效，为辊系结构的优化设计和性能提升提供了有力的支持。