浅析ansys cfx的5000 mm轧机液压回油管路的流固耦合振动问题的研究

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1、2013年6月机床与液压June2013第41卷第11期MACHINET0OL&HYDRAULICSVo1．41No．1lDOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2013．11．038基于ANSYSCFX的5000mm轧机液压回油管路的流固耦合振动问题的研究佟琨，梁东伟，宋锦春，倪克(东北大学机械工程与自动化学院，辽宁沈阳110819)摘要：分析了5000mm轧机立辊AWC部分回油管振动问题，考虑流固耦合对振动的影响，在ANSYSCFX中对这段液压回油管路的一截进行了分析，找到了几种解决轧机液压回油管振动

2、问题的方法。关键词：轧机；ANSYSCFX；流固耦合；回油管振动中图分类号：TU622文献标识码：A文章编号：1001—3881(2013)11—136—4ResearchonFluid-structureCouplingVibrationProblemofthe5000mmRollingMillHydraulicReturnPipeBasedonANSYSCFXTONGKun，LIANGDongwei，SONGJinchun。NIKe(SchoolofMechanicalEngineering，NortheasternU

3、niversity，ShenyangLiaoning110819，China)Abstract：Vibrationproblemofthe5000mmmilledgingrollAWCpartretumpipewasanalyzedconsideringthefluid—structurecoupling．ApartofhydraulicretumpipewasanalyzedinANSYSCFX．Throughanalysis，severalsolutionstomillhydraulicreturnpipevibrat

4、ionwerefound．Keywords：Mill；ANSYSCFX；Fluid—structurecoupling；Returnpipevibration流体在管道中流动，流体会把压力和热应力传递有严重的危害，它是仅次于污染的第二大杀手。液压给管道。管道受力后会产生结构变形，当变形足够大冲击产生的原因主要有以下几种类型：的时候，管道的变形就会影响流体的流动。流体流动(1)液流通道迅速关闭或液流迅速换向使液流的改变又会影响管道的变形，反过来，管道的变形又速度的大小或方向突然变化时，由于液流的惯性力引会影响流体的流动，如此

5、往复，便形成了流体和管道起的液压冲击；的流固耦合u。(2)运动着的工作部件突然制动或换向时，因宽厚板轧机液压站中回油管振动问题频发，一直工作部件的惯性引起的液压冲击；到现在还未解决。其中立辊AWC回油管的振动尤其(3)液压系统的执行元件(液压缸或马达)带严重，造成立辊AWC回油管法兰泄漏、回油管管夹载起动时，由于短时间内克服较大负载所引起的液压振裂、回油管焊缝气孔泄漏和管路接头密封损坏等问冲击。题，造成严重的经济损失。研究立辊AWC回油管振水锤作用是液压冲击的一个突出表现。由于钢板动的原因已经变得刻不容缓。作者利用ANSY

6、SCFX轧制过程中，液压系统的响应速度必须很高，伺服阀工具来仿真分析回油管振动情况，找到了引起振动的总是工作在平衡点附近，阀口不停地开启、关闭，因主要原因，并提出相应的解决办法。此水锤作用是不可避免的，而流固耦合的作用也是不1液压冲击能忽略的。作者利用ANSYS软件对水锤作用下的管液压冲击产生的原因是管内液流速度急剧变化，道和流体之间产生的动态流固耦合现象进行研究，分使流体的动能变为压力能，产生急剧的压力变化。液析流体对管道的影响。压冲击所造成的压力急剧交替升降波动过程是一种非2流固耦合建模恒定流动。流动参数产生阶跃变化的

7、动态过程中，其2．1流体耦合(FSI)的建模方法压力瞬时的最大升值可达到管路中正常压力的许多按照物理场耦合的程度可将耦合场分为3种：弱倍，而且压力升降的频率较高。液压冲击是液压系统耦合场，主要包括小变形、CHT等方面；强耦合场，中常见故障之一，对液压系统的正常工作和可靠性具主要包括刚体、叶片变形等；超强耦合场，主要包括收稿日期：2012—04—20基金项目：教育部基本科研业务费研究生科研创新项目(N100603007)作者简介：佟琨(1983一)，男，博士研究生。E-mail：kobetong1120@163．com。第1

8、1期佟琨等：基于ANSYSCFX的5000ITIm轧机液压回油管路的流固耦合振动问题的研究·137·涡激振动、生物医学，高度变形刚体等。这3种耦合果收敛。图1为计算过程中两个物理场的载荷在液固场共有4种建模方法：耦合交界面上的交错循环迭代过程，图2为残差(1)全耦合法(Fully—Coupled)。属于