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石墨纸是石墨制品的一种,具有优良的密封和散热性能,其需求量逐年增长,因此,加大对石墨纸生产设备的研发对经济的发展有重要意义。 石墨纸轧制装置是轧机的一种,对其进行动力学分析并对其进行结构优化有利于提升石墨纸轧制装置的性能、提升产品质量且节约资源。本文以石墨纸轧制装置为研究对象,进行了动力学分析和优化设计,得到了一些成果如下: (1)对石墨纸的生产过程进行简要叙述,建立了石墨纸轧制装置的三维模型,并给出了一些参数。 (2)首先使用刚性支撑约束轧辊轴径进行模态分析,然后使用带刚度的弹簧单元模拟轴承的弹性支承进行模态分析,对比发现:在进行轧辊动力学分析时轴承的弹性支承必须考虑。加大弹簧单元的刚度后再对轧辊进行模态分析后发现:随着轴承刚度的增加,轧辊的固有频率得到提升,可见提升轴承刚度可以提升轧辊的动态性能。考虑弹性支承后,石墨纸轧制装置轧辊除刚性振型外,其余各阶固有频率均接近或超过400Hz,轧辊的振动在实际生产当中一般不会触发。 (3)建立石墨纸轧制装置整机有限元模型,并对一些复杂部位进行了简化或等效。通过模态分析得出整机的前六阶固有频率和模态振型。通过对整机进行谐响应分析辨识出整机的Z向共振频率和Z向共振位移为整机的薄弱环节;对整机的各部件和等效部位分别提升刚度后再分别进行模态分析,辨识出底座为整机的薄弱部位。可以改善薄弱环节为目标,以薄弱部位为优化部位,使整机的动刚度得到提升。 (4)利用灵敏度法建立并求解优化方程。通过对比发现优化后整机的Z向共振频率提升了16.45%,Z向共振幅值降低了14.58%,且质量未增加。利用有限元分析软件ANSYS Workbench获取了四种较上述方案的一阶频率和质量都适当减小的方案,借助模糊物元法对约束指标进行评价,通过权衡以获得最佳的设计方案。在最佳设计方案的基础上对立柱进行拓扑优化以减轻整机质量。最终在满足强度要求且牌坊第一阶固有频率不降低的情况下使单个牌坊的质量减轻了14.7Kg。