考虑表面粗糙度和几何曲率的两球体接触问题

为探讨曲面结合面的接触机理,研究了两球体的法向接触问题。计入结合面虚拟材料厚度,对两球体点高副接触时形成的圆形接触区域进行了受力分析,在分析过程中尝试联合MajumdarBhushan平面模型和经典赫兹理论;采用Hardy在任一点处处不可求导的条件,严格证明了二维Weierstrass-Mandelbrot分形函数中分形维数D的整个取值范围为1≤D2。数值模拟表明:球体广义接触面积比不大于1;内接触时的球体广义接触面积比大于外接触时的,增加压紧力或减小结合面虚拟材料厚度均会增大球体广义接触面积比;内接触时的真实接触面积大于外接触时的,真实接触面积随着分形粗糙度、材料硬度或结合面虚拟材料厚度的增加而减小;随着分形粗糙度的增加,产生指定真实接触面积所需要的压紧力增加;当分形粗糙度增加时,微凸体的法向变形量和压紧力增大;对于给定的压紧力,当分形维数从1.4增加至1.5时,狭义接触面积比随之增加,当分形维数从1.5增加至1.9时,狭义接触面积比逐渐减小;内接触时的赫兹应力小于外接触时的。此项研究可为深入研究滚动轴承中球轴承的接触强度计算提供基础,所建立的球体接触分形模型具备通用性与实用性,可望丰富机械设计中机械零件接触强度的理论。     

粗糙表面弹塑性接触连续光滑指数函数模型与法向接触刚度研究

针对微凸体在完全弹性、弹塑性和完全塑性变形阶段接触载荷和接触面积的不连续、跳跃和不光滑,以及平均接触压力的不单调问题,提出了一种新颖的近似指数形式的解析模型。在此基础上,利用分形理论进一步建立了粗糙表面在三阶段接触时的法向接触刚度和法向接触载荷与真实接触面积之间的解析模型,并进行了无量纲化处理。仿真分析了分形维数D、塑性指数Φ以及无量纲分形粗糙度参数G*对无量纲法向接触刚度K*_n和无量纲法向接触载荷F*_n的影响规律,并分析了K*_n随F*_n的变化规律。模型的仿真结果表明:K*_n和F*_n都随着无量纲真实接触面积A*_r的增大而增大;随Φ的增大或G*的减小,K*_n和F*_n的增速都变大;F*_n的增速随D的变化是先减小后增大,而K*_n的增速是指数增大;K*_n随F*_n的增大而增大,在D从1.1到1.9的变化过程中,K*_n随F*_n的增速是先增大后减小,在D1.51时,随着G*的减小,K*_n随F*_n的增速明显变大。利用法向接触刚度模型计算了哑铃模型的固有频率,计算结果与实验结果比较一致,验证了模型的准确性。     

基于蠕变的高温法兰连接系统寿命预测方法

长期工作在高温下的法兰连接系统，由于密封垫片和螺栓的蠕变松驰，使得垫片上的残余压紧应力逐渐减小，并最终导致连接系统的泄漏失效，在考虑垫片和螺栓螺栓蠕变的基础上，对连接系统进行变形协调分析，建立了高温下法兰连接系统的变形协调方程；进而导出了垫片残余应力与时间的关系式，即变形协调率型方程；根据紧密性概念，以最大允许泄漏率为失效准则，提出了高温法兰连接系统的寿命预测方法。     

两弹性接触粗糙表面的最小二乘法拟合解

GW干接触模型在算法上存在5个缺陷,会引入工程上无法接受的误差．根据Hertz接触理论和抛物柱面函数的离散值,对两接触粗糙表面的接触行为进行了研究．当粗糙表面峰高的概率密度为Gauss分布时,给出了7个量纲一的参数与量纲一的表面间距的关系,给出了最小二乘法拟合解．计算表明：量纲一的最大名义压应力为0．5732,平均弹性接触硬度系数约为3．2,接触压应力系数约为0．32．研究结果说明：单峰接触面积与名义压应力几乎无关,接触压应力与名义压应力几乎无关,接触面积与载荷近似成正比,接触点数与载荷近似成正比．     

多晶体金属疲劳寿命的非平衡统计模型

为了研究晶粒尺寸对多晶体金属疲劳寿命的影响，基于疲劳断裂非平衡统计理论和界面能模型，导出了多晶体金属的疲劳寿命随晶粒尺寸和应力振幅的变化公式．在其它参数保持不变的情况下，得出细晶粒多晶体金属的平均疲劳寿命随晶粒尺寸和应力振幅的增加而减小的结论．并对2种特定细晶粒多晶体材料的晶粒尺寸和应力振幅对疲劳寿命影响的理论结果与实验结果进行了比较．结果表明所得理论与实验结果比较吻合。     

垫片含缺陷钢制螺栓法兰结构密封性仿真分析

以法兰-螺栓-垫片组成的螺栓法兰连接系统为研究对象,利用ABAQUS软件构建该模型中的连接件整体和各个部件,进行不同工况下,垫片有无缺陷时螺栓法兰连接系统紧密性的应力及接触分析.结果表明：螺栓预紧力、介质内压和外加弯矩载荷都会对螺栓法兰连接的密封性产生影响;当垫片存在缺陷时,缺陷的尺寸和存在的位置会改变垫片接触应力的分布,缺陷深度越大,密封效果越差.     

粗糙表面接触面积和承载规律的研究

基于有限元方法研究了磨削粗糙表面的真实接触面积和承载分布规律。首先通过表面轮廓仪获得两个45钢磨削表面的轮廓数据,建立了粗糙表面的二维有限元接触模型,通过计算获得了两个粗糙表面在0~1MPa法向载荷作用下的接触变形,与法向载荷及变形的试验结果比较,计算结果与实验结果有较好的一致性。此外,还将该模型计算的真实接触面积与接触电阻试验获得的真实接触面积进行了比较,发现二者数据也能够较好地吻合,表明该模型能够用于粗糙表面微观接触性质的研究。通过该模型发现,接触点的承载不均匀,而且不均匀的程度随载荷升高而降低,说明在低载荷条件下,真实的接触面积并不能反映接触表面的承载能力。计算结果还显示,真实接触区的面积很小,并且只出现在轮廓高度平均值以上的位置,轮廓高度在平均值附近及其以下的高度分布并不影响接触的状态和性质,表面轮廓符合正态分布应该不是GW模型的必要条件。     

基于轧制界面表面粗糙度特征的板带轧机混合润滑特性研究

综合运用平均雷诺方程、Christensen随机粗糙峰分布理论、摩擦润滑理论和金属轧制变形理论,建立考虑表面粗糙度特征影响的轧制工作界面混合润滑模型,并采用该模型系统分析基于不同表面粗糙度方向、压下率、轧制界面膜厚比、接触载荷比、界面流体压力和接触面积比等混合润滑摩擦性能参数随润滑油卷吸速度或工作区位置变化的情况。研究结果表明:粗糙度横向分布更有利于润滑性能的提高;在相同表面粗糙度下,随着压下率增大,接触面积比和膜厚比减小;在相同压下率下,膜厚比随工作界面润滑油卷吸速度的增大而增大,而接触载荷比和接触面积比随之减小;工作界面表面粗糙度对界面流体压力分布有较大影响,在表面粗糙度最小处流体压力最小。     

石墨密封垫片的循环压缩回弹性能

通过试验研究了核级石墨密封垫片的循环压缩回弹性能。在常温下对垫片开展了加载速率分别为0. 25 MPa/s、0. 5 MPa/s及1 MPa/s的循环加载试验。在加载速率固定为0. 5 MPa/s时,对比研究了垫片在100℃及300℃下的循环加载性能,得到了不同工况下的应力-变形曲线,并计算出垫片在各工况下不同循环内的最大压缩量、压缩率及压缩模量。研究结果表明,在常温下,垫片的压缩模量随加卸载速率的增大而增大;在0. 5 MPa/s的加卸载速率下,垫片的压缩模量随温度升高而增大;而在每一种工况下,垫片的压缩模量均随试验循环次数的增加而减小,最大压缩量均随循环次数增加而增加,出现明显的塑性应变累积现象。     

冷轧过程中的混合润滑特性

基于Christensen的表面粗糙峰分布假设,以轧制理论、流体力学理论为基础建立了考虑表面粗糙度的冷轧混合润滑模型,并提出了混合润滑摩擦状态约束关系式用来判别摩擦状态.对不同条件下油膜厚度、接触面积比、压应力及摩擦应力分布情况进行了仿真分析.结果表明:随着压下率的增加,油膜变薄、界面接触面积比增加、应力增大;同时,表面粗糙度对界面接触面积比及应力分布有较大影响,粗糙度增加,界面接触面积比增加,压应力及摩擦应力均增加.较高的润滑液黏度或轧制速度可以有效地降低轧制界面摩擦力及轧制力.     

风荷载作用下弹性垫片对双层U形玻璃受力性能的影响

根据现有实际工程,建立了翼在接缝处成对排列的双层U形玻璃风荷载作用下有限元模型。通过改变内外片玻璃之间的弹性垫片厚度,分析内外片玻璃受力性能的变化。考虑弹性垫片与玻璃之间的摩擦,探讨摩擦作用对双层U形玻璃的协调受力性能的影响。研究表明,弹性垫片厚度变化对内外片玻璃外荷载分配比例的影响很小,考虑弹性垫片与玻璃之间的摩擦作用时,外片玻璃挠度及最大应力比不考虑摩擦作用时要小,且随着荷载的增加,差值逐渐增大。     

双粗糙表面接触模型中微观摩擦系数的确定

通过考察双粗糙表面接触模型中微观摩擦系数的取值对接触表面的法向变形与法向载荷关系的影响,研究了磨削表面接触模型中微观摩擦系数的取值问题。采用表面轮廓仪测量磨削表面的轮廓数据,然后建立二维弹塑性有限元模型,计算不同微观摩擦系数时试样的法向变形与法向载荷关系。计算结果表明,接触表面间的微观摩擦系数对低面压下的接触变形影响比较大,载荷比较高的时候,摩擦系数的取值并不显著影响接触变形。在微观摩擦系数不为零时,法向变形与法向载荷关系曲线存在一个下陷区,摩擦系数越小,下陷区越小。与实验结果对比,发现忽略摩擦系数的计算结果与通过实验获得的法向变形与法向载荷关系最为接近,双粗糙表面接触模型中忽略微观摩擦系数比较合适。此外还根据计算结果研究了微观摩擦系数的取值对最高接触应力和真实接触面积的影响,发现忽略微观摩擦时,接触应力水平降低,真实接触面积有减小的趋势。     

基于网格映射技术的弹性密封垫孔洞设计研究

针对密封橡胶在压缩情况下易发生翘边而严重影响管片接缝防水效果的问题,基于ABAQUS/Standard中的网格映射技术,建立了超弹性橡胶密封垫的压缩数值模型,对7种不同开孔形状、开孔率、孔洞排列方式的密封垫开展轴向压缩数值模拟。结果表明：在整个压缩数值模拟过程中,弹性橡胶密封垫接触面应力呈现两端大、中间小的多峰值W形分布;闭合孔为圆角三角形的密封垫相较于其他开孔形状的密封垫,平均接触应力最大值提升86.8%;开孔率为0.294的密封垫相较于其他开孔率的密封垫,平均接触应力最大值提升92.6%;错孔排列的密封垫相较于对孔排列的密封垫,平均接触应力最大值提升25.2%;相较于敞开孔构型变化,闭合孔构型变化对接触应力的影响更大,两者同一工况下平均接触应力最大可相差85.2%。     

湿式离合器热负荷仿真研究

以综合传动装置中的湿式换挡离合器为研究对象,开展对偶钢片和摩擦片的热负荷仿真研究. 考虑了摩擦接触、热弹变形等边界条件,基于ABAQUS6.7建立了湿式换挡离合器总成的三维有限元模型. 揭示了摩擦片和对偶钢片在滑摩过程中温度场及应力场分布规律:其中盘面中部温升不明显,盘面两侧边缘温升明显,对偶钢片上的应力值随半径的增加而增大. 接触面不同区域的应力值随时间变化的规律不同,内环节点的应力值先增大后下降,外环节点的应力基本上一直增大.      

轧制润滑对H型钢翼缘宽展的影响

轧制工艺润滑能有效减少轧制力,降低能耗,但是在H型钢轧制过程中引入工艺润滑造成了翼缘宽展不均、腹板偏心等缺陷。针对H型钢工艺润滑生产中遇到的问题,建立了H型钢万能轧制过程的有限元模型,对轧辊各部位不同摩擦分布情况进行了仿真模拟,深入研究了轧制润滑影响H型钢翼缘宽展的机理。通过分析不同工况条件下轧件变形区内的摩擦力分布、金属流动等因素,解释了翼缘宽展的机理并得到了翼缘宽展的规律。分析结果表明,对H型钢腹板进行轧制工艺润滑能有效减少轧制力、降低能耗;在其它工艺参数一定的情况下,翼缘宽展随翼缘及轧辊间的摩擦系数增大而减小,且基本上呈线性关系;在翼缘的二个表面中对内侧的摩擦系数更为敏感。现场工艺润滑方案设计时应充分考虑宽展对润滑轧辊不同位置时的敏感性差异。     

摩擦系数对支承辊次表层接触疲劳损伤的影响

以正交剪应力作为滚动接触次表层疲劳损伤评价的临界应力,分析了摩擦系数对滚动接触次表层正交剪应力幅及应力比的影响规律.根据疲劳损伤累积理论及非对称循环应力幅修正公式,建立了支承辊次表层接触疲劳应力与寿命计算模型,用于评价支承辊次表层接触疲劳损伤.实例分析了摩擦系数对支承辊次表层接触疲劳损伤的影响,结果表明:随着应力比及摩擦系数增大,支承辊的次表层接触疲劳损伤增大,因此,降低支承辊接触摩擦系数,可改善支承辊的疲劳损伤.     

不同力学模型下锥颈对焊法兰的有限元应力分析

应用有限元应力分析法对常用的Pg50 Dgl50的锥颈对焊法兰进行了弹性轴对称、三维弹性及弹塑性应力分析.将法兰、垫片及螺栓作为组合结构进行整体分析研究,并与传统的法兰计算方法——Waters法的结果作了比较.分析了法兰在最大螺栓载荷和内压为5.0MPa下,局部区域进入塑性区的扩展过程.采用国际上普遍应用的线性结构分析程序SAP5和非线性结构程序ADIlqA,在M-240D计算机上进行了有限元计算.     

三维弹性摩擦接触分析的边界元柔度矩阵法

将边界元柔度矩阵法用于求解摩擦接触问题,论述了求解方法和收敛判定准则,并开发了计算程序·该方法集中了边界元法和柔度矩阵法的优越性,建模简便、求解精度高、迭代求解过程简捷、速度快·算例分析结果表明:摩擦系数对接触区大小及粘着、滑动区域分布和切向力的影响大于对法向力的影响;考虑摩擦影响时,法向力略大于忽略摩擦影响的法向力,接触区略小于忽略摩擦的接触区;摩擦系数增加时,接触区减小,粘着区相对扩大,滑动量减小,切向力和法向力增加