本文以四辊高速冷轧机为研究对象,同时考虑非线性动态轧制力、分段非线性弹性约束和分段非线性摩擦约束等因素的影响,建立了多种非线性约束下高速冷轧机辊系动力学模型,对该模型进行了响应求解,数值仿真分析了幅频响应特性和稳定性。对比工程测试数据与仿真理论结果验证了分析结果的正确性。论文主要内容有:(1)分析高速冷轧机轧制过程,基于Bland-Ford-Hill轧制力模型,考虑轧件在轧制过程中发生的弹性变形、塑性变形和轧辊压扁半径的影响,建立了非线性动态轧制力模型。对非线性动态轧制力进行解耦,得到了非线性动态轧制力与振动位移的关系,并研究了主要参数对非线性动态轧制力的影响。(2)分析高速冷轧机结构,研究了弯辊缸和压下缸液压油液弹性刚度的非线性,液压缸活塞杆与缸壁间摩擦系数的非线性,在此基础上建立了高速冷轧机分段非线性弹性约束力学模型和分段非线性摩擦约束力学模型,并研究了其分段特性。(3)基于非线性动态轧制力、分段非线性弹性约束和分段非线性摩擦约束间共同影响参量的相互耦合关系,建立了高速冷轧机辊系非线性动力学模型。计算了垂直振动固有频率,通过平均法对该模型进行了响应求解,分析了不同轧机系统参数下主共振、超谐波共振和亚谐波共振的幅频响应特性。简化动力学模型的分段表达,进行了奇点稳定性分析,仿真得到了轧机系统振动的相轨迹,研究了分段特性的影响。(4)以工作辊、支承辊和机架为测量对象,对某厂2800四辊高速冷轧机进行垂直振动工程验证。通过对测量到的板材轧制时的信号进行处理分析,获得振动时域图和频谱图。对比工程测试结果和理论分析结果,验证了本文建立的动力学模型的合理性和仿真分析结果的正确性。