大型宽厚板轧机机架采用整体式铸造不仅加工不易,运输及安装也有一定难度,将机架单片牌坊设计成组合式结构则能有效解决上述难题。组合式机架由上、下横梁及左、右立柱四部分通过八根拉杆预紧而成,能达到与整体式机架相当的力学性能。目前国内大型轧机多采用德国西马克(SMS)公司设计的组合式机架结构,但对此类机架力学性能的研究大多局限于对拉杆预紧力的研究,因此对该类机架进行全面优化分析具有一定价值,这不仅能最大程度提高机架的力学性能,同时能促进我国宽厚板装备技术的发展。本文研究的主要目的是通过对轧机组合式机架进行优化分析,获得拉杆最优预紧力及最优直径,同时得到一种新的机架结构,使机架的力学性能达到最优。本文研究的主要内容及结论:(1)以营口5000mm粗轧机组合式机架为研究对象,在ANSYS WORKBENCH中建立了机架的三维模型,根据工程实际对机架做了静力学分析前处理并进行了静力学分析。静力学分析结果表明原机架的安全系数不高且窗口变形量偏大,容易造成轧辊轴承座挤压受损,故需提高机架强度及窗口刚度。(2)采用基于遗传算法的多目标优化方法并基于响应面对机架各类设计变量进行了多目标优化分析。首先对机架进行分步优化,即先对机架拉杆预紧力进行优化,再对拉杆直径进行优化,最后对凸台角度进行优化,获得了分步优化后机架的最优参数及最佳力学性能;然后对机架进行一步优化,即同时对拉杆预紧力、拉杆直径及凸台角度进行优化,获得了机架最优相关参数及最佳力学性能。结果表明机架分步优化所得力学性能更优,因此把分步优化所得机架参数作为最优参数,获得了一种新的机架结构;同时得出在以后的多目标优化过程中应遵循“少量多次”优化原则。(3)为避免机架工作过程中发生共振现象,对优化前后机架进行预应力模态分析,获得了机架各阶频率及振型,并对优化后机架固有频率进行了校核。结果表明优化后机架的各阶固有频率值均比原机架各阶固有频率值略高;且通过频率校核可得出优化机架前十阶振动频率均远离机架工作频率,能有效避免共振现象发生。