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1　绪论1

1.1 板坯大侧压调宽技术对现代钢铁工业生产的意义1

1.2　板坯侧压调宽技术的研究及发展现状4

1.3　板坯侧压调宽的数值模拟技术11

1.3.1 立辊侧压板坯调宽数值模拟11

1.3.2　调宽压力机板坯侧压数值模拟13

1.4　调宽压力机的机构动力学分析16

1.4.1　机构多刚体动力学16

1.4.2　机构弹性体动力学分析19

1.5　课题的研究内容20

1.5.1 问题的提出20

1.5.2　研究内容21

2　非线性有限元理论及其应用22

2.1 引言22

2.2　有限元法基本问题26

2.2.1 基本流程26

2.2.2 基本方程29

2.2.3 虚功方程30

2.2.4　本构方程31

2.2.5 刚度矩阵31

2.3　弹塑性变形过程分析33

2.3.1　弹塑性阶段34

2.3.2 刚塑性有限元法38

2.4　塑性理论的三大准则40

2.5　接触问题的有限元理论46

2.5.1 柔度方程46

2.5.2 坐标变换47

2.5.3 接触点的相容方程及增量形式48

2.5.4 接触问题的无穿透约束50

2.5.5 刚体与变形体之间的接触约束52

2.5.6 法向接触力模型53

2.5.7 切向摩擦力模型53

2.6　非线性问题的求解方法55

2.6.1 迭代法（总载荷法）58

2.6.2　迭代收敛判据与增量步长选择61

2.7　收敛准则63

2.8　三维实体有限元方程建立过程63

2.8.1 单元的位移63

2.8.2 单元的应变矩阵与位移场的关系67

2.8.3　单元的应变能69

2.8.4 利用最小势能法导出刚度矩阵69

2.9　有限元商用软件的发展70

2.10　本章小结77

3　SSP压力调宽机机构分析78

3.1　SSP压力调宽机的组成78

3.2　SSP压力调宽机模块运动学方程的建立80

3.2.1 同步框架运动学方程的建立81

3.2.2　侧压框架运动学方程的建立82

3.3　SSP压力调宽机模块运动学模拟结果分析84

3.3.1　SSP压力调宽机模块的位移分析84

3.3.2　SSP压力调宽机模块的速度分析85

3.3.3　SSP压力调宽机模块的加速度分析85

3.4　SSP压力调宽机模块运动学优化分析86

3.4.1　优化目标函数的确定86

3.4.2 目标函数变量的确定87

3.4.3 目标函数约束条件的确定87

3.4.4　优化方法的选取88

3.4.5　复合形法简介88

3.4.6　SSP压力调宽机同步机构大小偏心对匀速段区间的影响89

3.4.7　SSP压力调宽机侧压机构位置优化结果分析91

3.4.8　SSP压力调宽机优化前后模块运动学结果分析94

3.5 SSP压力调宽机改造后模块运动学优化分析95

3.5.1 SSP压力调宽机改造后运动学方程的建立96

3.5.2 改造后优化目标函数的确定101

3.5.3 改造后目标函数变量确定102

3.5.4 改造后约束条件的确定102

3.5.5 改造后SSP压力调宽机模块运动学优化结果分析103

3.6　本章小结106

4　SSP压力调宽机侧压过程热力耦合有限元模拟107

4.1　板坯侧压有限元模型107

4.1.1　SSP压力调宽机模块的选取107

4.1.2　板坯侧压有限元模型的建立108

4.2　板坯侧压有限元模拟的结果分析111

4.2.1 板坯温度场有限元模拟结果分析111

4.2.2 热力耦合场轧制力模拟结果分析127

4.2.3 热力耦合场位移模拟结果分析140

4.2.4 热力耦合应力应变场模拟结果分析148

4.2.5　模块形状影响研究151

4.3　本章小结158

5　SSP压力调宽机动态性能分析160

5.1　SSP压力调宽机动力学模型的建立160

5.2　含间隙SSP压力调宽机刚体动力学方程的建立161

5.2.1 SSP压力调宽机同步机构动力学模型的建立162

5.2.2 SSP压力调宽机侧压机构含间隙动力学模型的建立164

5.3　含间隙刚体动力学仿真结果及分析168

5.3.1 同步机构运动副受力仿真结果分析169

5.3.2 侧压机构运动副接触力仿真结果分析172

5.4　SSP压力调宽机弹性动力学方程174

5.4.1 SSP压力调宽机弹性运动学方程的建立174

5.4.2　SSP压力调宽机弹性动力学方程的建立176

5.5　含间隙弹性体动力学仿真结果及分析182

5.5.1 同步机构运动副受力仿真结果分析182

5.5.2 侧压机构运动副接触力仿真结果分析185

5.5.3 侧压框架接触力模拟结果分析188

5.5.4　SSP压力调宽机主连杆动力有限元分析192

5.6　模块运动学分析197

5.7　本章小结200

6　SSP压力调宽机关键零部件受力分析201

6.1　衬板受力分析201

6.1.1 侧压框架Z方向上受力模型的建立201

6.1.2 侧压框架Z方向上受力模型的数学描述202

6.1.3　侧压框架Z方向上支反力的计算结果和分析203

6.1.4　衬板受力有限元分析204

6.1.5 改善衬板应力分布的对策研究208

6.2　SSP轧机主偏心轴轴承寿命分析208

6.2.1 SSP轧机主偏心轴轴承的工作特点209

6.2.2 轴承寿命计算结果分析211

6.3　本章小结214

7　SSP压力调宽机侧压过程的工业实验研究215

7.1 引言215

7.2　测试内容和所需设备及主要有关仪器215

7.2.1 测试内容215

7.2.2 测试所需设备及主要仪器215

7.3　衬板应变测试和疲劳试验研究217

7.3.1 衬板应变测试研究217

7.3.2　衬板疲劳试验研究219

7.4　轧制力在线测试研究227

7.5　板坯侧压后的截面形状分析228

7.5.1 板坯头部失宽的测试结果分析228

7.5.2　板坯“狗骨”高度的测试结果分析229

7.6　模块加速度在线测试分析230

7.7　本章小结231

参考文献233