轴向拉紧的圆弧端齿轴段扭转特性研究

为了研究轴向拉紧的圆弧端齿轴段的扭转特性,提出了圆弧端齿轴段传扭特性的分段线性模型,给出了分段线性转折点处扭矩的估计值,同时建立了轴向预紧圆弧端齿轴段三维有限元模型,采用数值计算对理论分析进行了验证。此外,通过数值计算求得圆弧端齿轴段的双线性扭转刚度,并进一步研究了预应力、摩擦系数等参数对圆弧端齿扭转特性的影响。研究结果表明:圆弧端齿结构具有典型的软弹簧双线性扭转特性,预应力对圆弧端齿的传扭特性有影响且存在预紧饱和现象;预紧饱和后,圆弧端齿双线性刚度基本不受预应力的影响,分段线性转折点扭矩则与预应力成正比;摩擦系数对圆弧端齿双线性刚度的起始段刚度基本无影响,仅对线性特性的第二段刚度有影响,扭转刚度随摩擦系数的增大而增大。研究结果对工程应用中端齿连接的设计及重型燃气轮机转子动力学分析具有参考价值。     

燃气轮机拉杆式转子的刚度模化和模型修正方法

为了提高燃气轮机拉杆式转子的动力分析中梁单元模型的计算精度,引入弹簧连接单元对变截面轴段和接触界面刚度削弱进行了模化且保留了模型的物理意义,弹簧连接单元的刚度和拉杆式转子的物理参数通过模型修正方法获得。对一个简化的拉杆式实验转子进行了模化和模型修正,结果是所提方法获得的特征频率和实验结果非常吻合,表明拉杆式转子梁单元模型具有较高的计算效率和计算精度,可应用于转子的不平衡响应、瞬态响应分析和基于模型的故障诊断分析。     

防摩擦层对非粘结柔性立管截面力学性能影响

以一类八层非粘结柔性立管为研究对象,对防摩擦层分别采用计入实际几何形状的螺旋带模型和简化的圆柱壳模型,采用理论和数值方法计算立管在不同边界下的轴向及扭转刚度.计算结果表明:数值解与理论值符合较好;在轴向拉力、逆时针扭矩、顺时针扭矩(限制立管轴向位移)下,使用两种防摩擦层模型对立管刚度影响可以忽略;在轴向压力、顺时针扭矩(自由边界)下,采用圆柱壳模拟防摩擦层会大幅增大立管刚度.     

轮盘搭接干摩擦接触结构转子减振特性研究

轮盘搭接干摩擦接触结构转子广泛应用于航空发动机、燃气轮机等机械中，搭接结构在旋转时系统的振动响应发生变化，会影响设备的正常运转，因此有必要对搭接摩擦结构转子的振动特性进行研究。考虑到搭接结构的接触面的干摩擦特性，采用带有迟滞特性的宏观滑移模型模拟搭接结构的接触面摩擦，将转子工作时搭接结构接触面的非线性摩擦力转化为等效刚度和等效阻尼的影响。搭建搭接转子试验台，并与非搭接结构转子和螺栓连接结构转子进行对比，试验结果表明：当轮盘搭接结构转子旋转时，搭接接触面出现相对滑移，通过摩擦耗散振动能量，从而达到减振效果；螺栓连接结构和搭接结构均可降低转子振动加速度的最大值，且轮盘搭接结构转子的减振效果优于螺栓连接结构转子；增加搭接间隙会导致振动位移增大。     

土-结构接触界面的宏细观参数敏感性分析

为了研究土-结构接触界面各种微观参数对宏观响应的影响,从土的细观结构出发,采用二维离散元法进行双轴剪切数值试验,对颗粒间摩擦因数、颗粒形状、孔隙比、法向应力以及刚度比等参数进行灵敏度分析,得出各种微观参数对宏观响应的影响,建立接触界面颗粒材料微宏观参数的跨尺度关联,揭示接触界面处的颗粒材料力学行为的细观机理.结果表明:摩擦因数、孔隙比、颗粒形状和法向应力对接触界面的峰值强度影响较大,刚度比对接触界面的峰值强度影响较小;摩擦因数、法向应力和刚度比对弹性模量影响显著,其中摩擦因数与内摩擦角近似成正比,且对土体的抗剪强度和剪胀性影响较大.组合圆弧颗粒比圆形颗粒更接近真实砂粒形状,模拟效果更好;其临界强度和临界孔隙比不受初始孔隙比的影响,且组合圆弧颗粒体的抗剪强度受法向应力影响,法向应力越大,颗粒体抗剪强度越大.研究结果为接触界面的材料优化、改性等提供理论参考.     

斜拉桥钢-混锚板式索梁锚固区摩擦效应分析

基于徐明高速公路某斜拉桥建立包含接触非线性的有限元模型,通过对摩擦因数的参数化分析,讨论复杂空间受力与多种剪力键共存的条件下钢-混锚板式索梁锚固区的摩擦效应.研究结果表明:摩擦效应成为区别于PBL键与剪力钉的传力途径;摩擦应力的分布与接触面压应力正相关;相对滑移初始集中在主动变形区域;摩擦效应对PBL键和剪力钉的受力影响从初始滑移区域沿变形传递路径逐渐累积,甚至会改变局部受力和相对滑移的方向;摩擦效应与摩擦因数呈现显著的非线性变化关系;其发挥依赖于一定的钢-混变形能力和相对滑移趋势.     

石结构滑移隔震缝力学性能试验研究

针对石砌民宅存在严重抗震安全隐患的问题,提出一种适用于条石砌筑石结构墙底滑移隔震技术方案,开展8个隔震缝滑移界面双剪试件的低周反复加载试验。隔震缝采用钢板-料石和双层钢板2种界面形式,分别研究钢板-料石界面试件的竖向压应力和钢板尺寸以及双层钢板界面的竖向压应力和界面润滑状态对界面力学性能的影响。研究结果表明:钢板-料石界面静摩擦因数为0.28～0.46,平均动摩擦因数为0.55～0.73,摩擦因数偏大且摩擦性能不稳定,不适用于石结构滑移隔震缝。在双层钢板摩擦界面间涂抹二硫化钼润滑剂可有效降低界面摩擦因数,提升其摩擦性能的稳定性。双层钢板未润滑、半润滑和全润滑界面的静摩擦因数分别为0.22,0.17和0.12,平均动摩擦因数分别为0.30,0.20和0.17,加载过程中动摩擦因数的增量分别为0.17,0.08和0.02。双层钢板全润滑界面摩擦性能及耗能性能稳定,其静摩擦因数为0.12,平均动摩擦因数为0.17,适用于石结构滑移隔震缝。     

服装笔式绘图仪主传动轴设计

设计一款实绘宽度为200 cm的服装笔式绘图仪主传动轴.对轴进行扭矩受力分析、X-Z平面和X-Y平面受力分析,初步选择轴直径及材料,而后进行剪应力校核、交变弯曲扭转组合变形校核和扭转刚度校核,最终确定轴的直径.     

基于单元建模法的怠速工况传动系建模及多种扭转减振器性能对比

采用单元建模法建立怠速工况传动系四自由度扭振模型,并对3种扭转减振器进行仿真对比。首先,为了能准确反映发动机动态扭矩波动对传动系扭振的影响,建立发动机准瞬态模型,并考虑动态摩擦力矩对其输出扭矩的影响;其次,对现有应用较为广泛的离合器扭转减振器、双质量飞轮扭转减振器以及一种新型离心摆式双质量飞轮进行非线性建模;同时对变速箱怠速工况常啮合齿轮对进行精确建模,并考虑齿轮啮合间隙、时变啮合刚度以及从动齿轮转动过程产生拖曳力矩等因素对模型精度的影响;然后对扭振模型进行试验验证;最后利用所建模型对3种扭振减振器性能进行对比分析。研究结果表明:仿真结果与试验结果基本一致,模型精度高,满足工程仿真需求;安装离心摆的新型扭转减振器减振性能最好,怠速工况振动衰减幅度达70%,能够进一步提升车辆NVH性能。     

燃气轮机拉杆转子非线性动力学特性研究

针对燃气轮机组合式转子轮盘间存在的非线性刚度对转子动力学特性产生的特殊影响,对比研究了关于拉杆转子三次方和双线性两种非线性刚度模型的动力学特性:首先,基于双圆盘拉杆转子模型,通过三维有限元法计算得到其弯曲刚度随转角的变化规律;然后,采用三次方模型拟合非线性刚度,建立拉杆转子无量纲控制方程,并基于谐波平衡法和Broyden迭代优化算法计算稳态响应,进而分析系统参数对非线性响应的影响规律;最后,基于双线性刚度模型对比研究拉杆转子非线性响应。研究结果表明,两种模型均能模拟转子升降速过程中的幅值突变效应,但两种模型发生振幅突跳现象的原因不同,且在响应不稳定区域附近的动力学特性不同;三次方刚度模型对这种非线性现象的描述更加准确,其数值模拟结果具有更加丰富的非线性动力学行为;为避免突跳现象对转子系统造成的不良影响,通过调整非线性系统的特定参数能够改变幅频响应曲线中不稳定区域的位置,进而有效避免转子系统工作在不稳定的频率范围内。     

表面微凸体形态对三体摩擦界面间隙的影响

为了研究颗粒介质三体摩擦界面间隙变化规律,文章利用显式有限单元法建立了具有不同微凸体形态表面的二维平行板剪切模型,利用该模型分析了法向载荷、接触摩擦因数对三体摩擦界面间隙的影响。分析结果表明:随载荷增加,尖锐微凸体模型中界面间隙呈减小趋势,圆滑微凸体模型中界面间隙保持不变;2个模型中界面间隙均随接触摩擦因数增加而变大,但变化幅度并不一致,剪切过程中颗粒体系的稳定性与其分布形态结构和颗粒间摩擦力密切相关。     

考虑电磁激励的车用永磁同步电机转子扭振特性

研究了车用永磁同步电机转子系统在电磁激励与机械激励作用下的非线性扭振特性.建立了电磁激励作用下的转子系统机电耦合扭振振动模型,利用多尺度法求解了振动方程,确定了电机-转子系统扭振的稳态解及其稳定性.分别研究了永磁同步电机内功率因数角、极对数、电机运行的磁饱和系数以及转子系统的扭转刚度等对转子系统扭转振动特性的影响.研究结果表明:合理地控制和设计永磁同步电机的电磁与机械参数,可以避开车用永磁同步电机转子系统的扭转振动系统可能出现的跳跃及分岔等不稳定现象.     

钢筋混凝土异形柱抗扭性能的数值模拟

基于有限元软件ANSYS,建立压扭作用下钢筋混凝土异形柱抗扭性能的数值分析模型,并对压扭作用下9根异形柱的抗扭性能试验进行数值模拟分析.通过反复试算,提出混凝土异形柱压扭性能数值模拟的模型分析参数,分析轴压比对不同截面形状和尺寸的钢筋混凝土异形柱的开裂扭矩和极限扭矩的影响规律.研究结果表明:数值模型对异形柱的开裂扭矩和极限扭矩预测较准,但对扭矩-扭转角全过程曲线的预测还有待进一步改进;不同截面形状和尺寸的混凝土异形柱的开裂扭矩和极限扭矩随着轴压比的增大均近似呈直线增加,但当轴压比超过0.6时,异形柱的开裂扭矩和极限扭矩反将降低;随着轴压比的增大,异形柱从开裂扭矩发展到极限扭矩的过程缩短.     

钢-钢接触的扭动微动磨损氧化行为研究

在空气、氧气和氮气气氛中,研究了LZ50车轴钢在法向载荷为50 N和不同角位移幅值下的扭动微动运行行为,并重点分析了其摩擦磨损特性和氧化作用机理.结果表明,当气氛中含氧量增加时,混合区和滑移区向小角位移幅值方向移动,摩擦扭矩随循环周次的变化曲线分别为跑合、上升和稳定阶段,当气氛中含氧量增加时,上升阶段缩短,稳定阶段提前,摩擦扭矩值则越低.在部分滑移区,损伤比较轻微,在混合区和滑移区,扭动微动磨损机制为磨粒磨损和剥层,并伴随明显的塑性变形.摩擦氧化在扭动微动接触界面不仅增加了界面滑移,而且产生的氧化磨屑不易排出接触区,因此有利于减少磨损.     

基于滑移/非滑移异质界面的动压润滑性能优化

合理布置的滑移/非滑移异质界面可以提高流体动压润滑性能,但目前滑移区和非滑移区的组合方式大多采用单一的直线拼接法,没有针对流体润滑摩擦副的各类工况设计出相应的优化方案,为此本文建立了一组离散式二次方程来描述滑移区和非滑移区拼接轨迹,并引入计算域单元的宽长比作为优化变量,分别以液膜刚度和摩擦因数作为优化目标,通过MATLAB数值仿真求解不同宽长比条件下滑移区和非滑移区的最优拼接轨迹。结果表明,与直线拼接法相比,选取二次方程所描述的抛物线作为滑移区和非滑移区拼接轨迹的方法使流体润滑摩擦副在摩擦因数和液膜刚度等性能指标上都有所改善,而且根据不同的优化目标参数可以方便地绘制出最优拼接方案,验证了本文方法在改善动压润滑性能上的可行性和普适性。     

湿式铜基摩擦副局部接触对摩擦因数的影响

考虑金属的热衰退特性及温度、压力和摩滑速度对混合润滑油膜的影响,建立了湿式铜基摩擦副局部接触摩擦因数计算模型,研究了摩滑过程中湿式铜基摩擦副局部接触状态下摩擦因数的变化规律,并通过销-盘摩擦因数测量实验对摩擦因数计算模型进行了验证.研究结果表明:摩擦元件屈曲变形导致摩擦元件间摩擦状态发生变化,在局部接触条件下,接触区摩擦状态随温度升高可分为油膜主导阶段、微凸峰主导阶段、摩擦因数上升阶段和热衰退阶段4个阶段.其中,油膜主导阶段会随摩滑速度的减小而消失.干摩擦状态下,摩滑速度对摩擦因数影响较小.在混合润滑状态下,摩擦因数随摩滑速度增加而下降,且温度越小摩擦因数衰减越显著.局部接触区平均面压较小时,压力对摩擦因数影响较小,当压力超过100 MPa时,接触面压力开始对混合润滑中的油膜主导阶段产生影响,此时摩擦因数随压力升高而增大.      

基于板梁理论的单轴对称箱形钢梁组合扭转分析

以端部作用一个集中扭矩的单轴对称箱形截面悬臂梁为研究对象,基于板梁理论研究其扭转变形和截面扭转角.依据Timoshenko梁和Kirchhoff板力学模型,引入腹板翘曲变形偏移值m,求出单轴对称箱形钢梁扭转的总应变能和扭转刚度;根据端部作用集中扭矩的荷载,建立箱形钢梁的总势能方程,并求得单轴对称钢箱梁组合扭转最大扭转角的理论解.借助大型通用有限元分析软件ANSYS,依据扭转参数K,计算6组不同尺寸的钢梁在端部集中扭矩作用下的最大扭转角.与板梁理论的理论解进行对比,最大误差为3.37%,证明了理论解的正确性.     

车辆制动盘模态耦合系统不稳定性研究

车辆制动盘模态耦合系统不稳定会使车辆制动系统产生摩擦、振动、噪声等.基于分形接触刚度对车辆制动盘建立含有两自由度的典型模态耦合模型;研究结合面切向与法向的接触刚度比、摩擦因数以及两者间的耦合效应与不稳定性的关系;分析摩擦副位置倾斜角度比对系统不稳定性的影响.研究结果表明,面切向与法向的接触刚度比、摩擦因数及摩擦副位置倾斜角度比决定特征值实部和固有频率,共同影响模态耦合系统稳定性.研究结果有助于深入研究车辆制动盘振动、噪声产生机理,也可为其设计与制造提供参考,具有一定理论及实践应用价值.     

均布荷载作用下简支组合梁受力机理分析

为了揭示组合梁在均布荷载作用下的受力机理,考虑弯曲和滑移耦合变形,建立组合梁滑移受力机理模型.首先,以单跨简支组合梁为研究对象,探讨组合梁变形与滑移规律、横截面内力分布及结合部传力机理;然后,分析截面尺度、界面刚度与荷载加载面对组合梁受力机理的影响.结果表明：混凝土板抗剪和抗弯作用在房建组合梁中较明显,在桥梁组合梁中可忽略;随着界面刚度比的增加,简支组合梁的曲率、转角、挠度和滑移均减小;混凝土板和钢梁轴力同步增大,混凝土板剪力增大而钢梁剪力减小,混凝土板、钢梁弯矩减小而轴力力偶增大;结合部界面切向力增大而界面法向力基本不变;相较于按自质量分配荷载,均布荷载由混凝土板承担时界面压力增大,由钢梁承担时则界面受拉,应注意验算界面抗拉拔性能.     

考虑拉扭耦合效应的空间主缆扭转计算方法

由于钢丝集束体组成主缆的扭转刚度是受多因素影响的变量,目前空间主缆的扭转还没有可靠的计算方法。分析了影响空间主缆扭转刚度的主要因素,建立了主缆集束体考虑拉扭耦合效应的解析计算模型,推导了拉扭耦合引起的抗扭力矩的计算公式。在此基础上,讨论了主缆半径、主缆张力及扭转角对主缆扭转刚度的影响规律。从施工控制的角度分析了扭转刚度、索夹刚臂、吊索张拉次序及索夹预偏角对主缆扭转角的影响。研究结果表明:由于拉扭耦合效应的影响,在体系转换过程中随着主缆张力和扭转角的增大主缆扭转刚度呈明显的非线性增长;在施工控制中,为减小主缆的扭转变形,可在索夹安装时设置与成桥时索夹扭转方向相同的预偏角,利用吊索力通过索夹刚臂给主缆施加反向扭矩来实现对主缆扭转的主动控制,以抵消或减小主缆的扭转变形。