造紙毛毯橫振動(dòng)研究.pdf

1、隨著造紙機(jī)車速的不斷提高，造紙毛毯的運(yùn)行穩(wěn)定性問題越來越突出，引起人們的高度重視。對(duì)造紙毛毯橫振動(dòng)的研究也就顯得非常重要，如何通過造紙毛毯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來改善其運(yùn)行穩(wěn)定性是需要深入研究的課題。本論文圍繞造紙毛毯的橫振動(dòng)進(jìn)行了研究。
　　 由于造紙毛毯的抗彎剛度決定其固有頻率，而紡織品的抗彎剛度是通過測(cè)試抗彎長(zhǎng)度得到的。然而，由于造紙毛毯的抗彎剛度與一般的紡織品相比較大，對(duì)現(xiàn)有測(cè)試方法和測(cè)試儀器適的應(yīng)性進(jìn)行評(píng)價(jià)是本課題的首項(xiàng)研究?jī)?nèi)容。

2、論文結(jié)合測(cè)試原理和力學(xué)分析，討論了斜面法的測(cè)試角度和抗彎長(zhǎng)度。根據(jù)懸臂梁原理，建立了造紙毛毯試樣的彎曲模型，根據(jù)對(duì)三種情況下?lián)锨€的數(shù)值計(jì)算，表明造紙毛毯的抗彎剛度可以使用斜面法原理進(jìn)行測(cè)試。另外，從測(cè)試結(jié)果觀察到，由于造紙毛毯的結(jié)構(gòu)正反兩面不相對(duì)稱，導(dǎo)致造紙毛毯紙?jiān)趥?cè)面向上和輥側(cè)面向上時(shí)的測(cè)試結(jié)果不同。測(cè)試結(jié)果表明，同時(shí)造紙毛毯底網(wǎng)組織結(jié)構(gòu)是影響其抗彎剛度的主要因素。
　　 根據(jù)經(jīng)典力學(xué)方法，可以根據(jù)抗彎剛度推導(dǎo)出造紙毛毯的固

3、有頻率，本文中稱之為計(jì)算固有頻率。但是由于造紙毛毯并非線彈性材料，由抗彎剛度計(jì)算獲得的固有頻率并非試樣的實(shí)際固有頻率。為了建立造紙毛毯試樣的固有頻率和計(jì)算固有頻率之間的關(guān)系，本課題采用激振法，測(cè)試造紙毛毯試樣的固有頻率。與計(jì)算固有頻率相比，兩者存在良好的線性相關(guān)。結(jié)果表明，對(duì)于造紙毛毯，可以通過試樣的抗彎剛度得到試樣的計(jì)算固有頻率，再通過線性關(guān)系得到實(shí)際的固有頻率。該項(xiàng)工作為快速確定造紙毛毯的固有頻率提供了簡(jiǎn)單可行的辦法。
　　

4、 由于造紙毛毯運(yùn)行過程中承受較大張力，同時(shí)造紙毛毯的抗彎剛度在其運(yùn)行穩(wěn)定性分析中已不可忽略，具有軸向運(yùn)動(dòng)弦和軸向運(yùn)動(dòng)梁的特征。論文建立了軸向運(yùn)動(dòng)速度為零條件下的造紙毛毯橫振動(dòng)的弦、兩混合模型，即第1模型。利用分離變量法得到了系統(tǒng)的固有頻率和近似解析解。通過模型，對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)進(jìn)行分析，還討論了張力、抗彎剛度以及線密度對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)的影響。利用光學(xué)非接觸式測(cè)試方法對(duì)造紙毛毯橫振動(dòng)進(jìn)行測(cè)試。得到系統(tǒng)的頻域響應(yīng)曲線，驗(yàn)證了模型的正確性。
　　

5、 造紙毛毯在運(yùn)行過程中軸向運(yùn)動(dòng)速度難免會(huì)產(chǎn)生波動(dòng)，支撐輥的制造和安裝也會(huì)存在一定的偏心，它們將對(duì)造紙毛毯的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生參數(shù)激勵(lì)和外激勵(lì)。因此本文對(duì)造紙毛毯在兩者共同作用下的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行了分析，建立了考慮參數(shù)激勵(lì)和外激勵(lì)共同作用下的造紙毛毯橫振動(dòng)模型，即第2模型。利用直接多尺度法得到了系統(tǒng)模態(tài)表達(dá)式，進(jìn)而通過數(shù)值方法得到了系統(tǒng)固有頻率，并分析了軸向運(yùn)動(dòng)速度和抗彎剛度對(duì)固有頻率的影響，以及外激勵(lì)和參數(shù)激勵(lì)對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)的影響。
　　 當(dāng)造

6、紙毛毯產(chǎn)生大變形時(shí)會(huì)產(chǎn)生彈性力，同時(shí)為了解釋運(yùn)行過程中出現(xiàn)的跳躍以及混沌吸引子現(xiàn)象，必須考慮系統(tǒng)非線性的影響。本論文在第七章建立了參數(shù)激勵(lì)和外激勵(lì)共同作用下的造紙毛毯非線性橫振動(dòng)的動(dòng)力學(xué)模型，即第3模型。通過頻響曲線分析了亞諧參數(shù)共振和主共振情況下激勵(lì)頻率對(duì)系統(tǒng)響應(yīng)的影響，以及軸向運(yùn)動(dòng)速度和抗彎剛度對(duì)系統(tǒng)固有頻率的影響。此外通過數(shù)值方法分析了軸向運(yùn)動(dòng)速度和抗彎剛度對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響，當(dāng)軸向運(yùn)動(dòng)速度較小時(shí)，系統(tǒng)響應(yīng)是周期的；隨著軸向運(yùn)動(dòng)速

7、度的提高，系統(tǒng)響應(yīng)變?yōu)榛煦邕\(yùn)動(dòng)；當(dāng)軸向運(yùn)動(dòng)速度足夠大時(shí)，出現(xiàn)混沌吸引子。隨著抗彎剛度的增加，系統(tǒng)相應(yīng)由周期運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榛煦邕\(yùn)動(dòng)。
　　 本課題研究得到的主要結(jié)論：
　　 (1)利用懸臂梁模型對(duì)斜面法的測(cè)試角度和抗彎長(zhǎng)度進(jìn)行了理論分析，并將造紙毛毯試樣的實(shí)際撓曲線和理論撓曲線進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果說明斜面法可以用來測(cè)試造紙毛毯的抗彎剛度。造紙毛毯底網(wǎng)的組織結(jié)構(gòu)和線密度是影響抗彎剛度的主要因素。在所選擇的試樣中，2+1毛毯的抗彎剛度最

8、大，1+1次之。相同結(jié)構(gòu)的造紙毛毯線密度較大的抗彎剛度也較大。因此可以通過調(diào)整造紙毛毯的組織結(jié)構(gòu)和線密度來調(diào)整其固有頻率，從而避開機(jī)械裝置激振頻率引起共振的發(fā)生。
　　 (2)在軸向運(yùn)動(dòng)速度為零的條件下，由弦、梁混合模型（第1模型）固有頻率的理論表達(dá)式可以看出，造紙毛毯的抗彎剛度和線密度均影響其固有頻率，線密度越大時(shí)系統(tǒng)固有頻率越小，抗彎剛度越大時(shí)則系統(tǒng)固有頻率越大。從第1模型解析解看出，造紙毛毯的運(yùn)動(dòng)是駐波形式，有效長(zhǎng)度內(nèi)各質(zhì)

9、點(diǎn)圍繞各自的平衡位置作簡(jiǎn)諧振動(dòng)，頻率相同。但相位隨著位置的不同而不同。
　　 (3)采用光學(xué)非接觸式測(cè)量方法對(duì)造紙毛毯橫振動(dòng)進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證了第1模型的正確性。討論了張力、抗彎剛度以及線密度對(duì)固有頻率的影響。系統(tǒng)固有頻率與張力和抗彎剛度成正比，而與線密度成反比。
　　 (4)對(duì)于參數(shù)激勵(lì)和外激勵(lì)共同作用下的造紙毛毯模型（第2模型），數(shù)值分析表明系統(tǒng)固有頻率與軸向運(yùn)動(dòng)速度成反比，與毛毯抗彎剛度成正比。系統(tǒng)響應(yīng)為概周期運(yùn)動(dòng)。當(dāng)

10、小參數(shù)足夠小時(shí)，即當(dāng)參數(shù)激勵(lì)和外激勵(lì)可以忽略不計(jì)時(shí)，系統(tǒng)退化為自由振動(dòng)，響應(yīng)為周期簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)。
　　 (5)當(dāng)振幅較大時(shí)，造紙毛毯就會(huì)由于軸向伸長(zhǎng)而受到軸向彈性力的作用，從而產(chǎn)生非線性振動(dòng)，會(huì)引發(fā)跳躍、分岔甚至混沌等現(xiàn)象。非線性動(dòng)力學(xué)模型（第3模型）顯示，系統(tǒng)呈現(xiàn)漸硬彈簧特性，隨著軸向運(yùn)動(dòng)速度的提高，系統(tǒng)固有頻率下降。而隨著造紙毛毯抗彎剛度的增加，系統(tǒng)固有頻率增加。隨著軸向運(yùn)動(dòng)速度的提高，系統(tǒng)響應(yīng)由概周期運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為分岔、混沌，并有