均化接触压力的螺栓连接结合面形状主动设计

为了改善螺栓连接结构的连接性能,以螺栓连接结合面作为研究对象,针对结合面接触压力分布以及有效接触面积,对结合面形状进行了主动设计研究。首先,利用有限元方法,将弹性体的接触界面离散化,从接触界面节点出发,建立了弹性接触问题数学模型,将界面节点处的接触间隙和接触压力的关系转化为数学规划问题。然后,利用该模型,提出一种以螺栓接触压力分布或有效接触面积等接触性能作为设计目标的螺栓连接结合面形状主动设计方法,通过改变结合面的表面形状即表面各节点处的接触间隙,实现改善螺栓连接接触性能的效果。最后,借助ANSYS参数化设计语言,将设计方法流程化,建立了单螺栓连接、法兰盘连接的分析案例,对主动设计以及增加连接件厚度的方法进行了对比分析。结果表明,该设计方法可降低接触压力的峰值和分布离散度,增加有效接触面积,与增加连接件厚度的方法相比,在同样的接触性能目标下还能保证连接结构的固有频率不下降,从而验证了所提主动设计方法的可行性和有效性。     

粗糙机械结合面的接触刚度研究

为准确进行计入粗糙接触界面影响的组合结构动力分析,基于弹塑性理论对具有粗糙表面的长方微元体进行有限元接触分析,给出了根据受力和变形关系计算粗糙表面接触刚度的方法,得到了不同载荷作用下的法向和切向界面接触刚度.计算结果表明:表面形貌造成的接触应力分布不均匀和局部塑性变形导致法向界面接触刚度随着压力的增加先增大后减小,并随着表面粗糙度的增加而降低;切向界面接触刚度随着法向载荷和摩擦系数的增加而增加,随着切向载荷的增加而减小.当切向载荷增加到一定值时,接触界面将由微观滑移转化为宏观滑动,摩擦界面连接失效.     

降低固-固界面热阻方法研究进展

降低固-固界面热阻法是一种高效且应用广泛的减小器件传热阻力的方法。根据固-固界面状态增加界面的有效接触，可强化界面热传导。首先，概述了固-固界面热阻的产生机理；其次，梳理了界面状态（平面接触和沟槽接触）、粗糙度、界面压力、热界面材料等固-固界面热阻影响因素的作用机制；第三，介绍了降低固-固界面热阻方法的最新进展；最后，分析了降低固-固界面热阻研究存在的问题，并对其研究前景进行了展望，提出未来应从界面结构、压力/平面度、固-固接触材料本身的物性参数、超薄黏合层热界面材料等单独或共同作用的方向上深化降低界面热阻的研究，为其在强化电子散热领域的应用提供理论和实验支持。     

滑动电接触表面微观形貌影响因素分析

为研究滑动电接触中粗糙度参数和粗糙面磨损均匀程度与摩擦副表面粗糙度的关系,在不同条件下开展载流实验,分析接触电流、接触压力、滑动速度和运行时间对摩擦副表面粗糙度的影响.研究结果表明:在相同条件下,运行时间越长、滑动速度越大,接触面粗糙度值越大,磨损越不均匀;接触压力越大,接触面粗糙度值越小,磨损越不均匀;随着接触电流的增加,接触面的粗糙度值呈现先减小后略微增加的变化趋势,磨损越来越均匀.     

计入粗糙度的深沟球轴承弹塑性接触性能分析

为揭示表面粗糙度对深沟球轴承弹塑性接触性能的影响,根据该轴承的载荷分布,把滚动体与内滚道接触转变为二次型函数极值问题,并建立考虑表面粗糙度的该轴承弹塑性接触模型,运用半解析法对该模型进行求解,获得了计入表面粗糙度影响的深沟球轴承弹塑性接触性能。数值结果表明:表面粗糙度会使内滚道宽度方向两端处的局部压力减小,同时使内滚道接触压力、von Mises应力、残余应力和残余变形的幅值较光滑情况时增大;同时表面粗糙度导致深沟球轴承中内滚道接触压力和残余变形分布发生波动,易使内滚道次表面产生应力集中,进而影响轴承整体使用寿命。     

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.     

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。     

MB模型的修正及应用

由于MB模型存在3个缺陷,工程上会引入无法接受的误差.本文修正了MB模型的后两个缺陷.针对第2个缺陷,提出了实际临界接触面积、最小有效分形维数、量纲一的最大有效分形粗糙度参数、最小有效材料特性等术语.根据MB模型和提出的计算术语,对两弹塑性接触粗糙表面的接触行为及界面的静摩擦因数进行了研究.研究结果表明：界面的静摩擦因数首先随分形维数的增加而增加,然后随分形维数的增加而减小;界面的静摩擦因数随分形粗糙度参数的增加而减小,但随材料特性的增加而增加,也随总法向载荷的增加而增加;当分形维数较小或分形粗糙度参数较大或材料特性较小时,静摩擦因数-量纲一的总法向载荷曲线为凸弧.     

采用叠片法的黄铜低温接触热阻测量

以往低温接触热阻测量研究主要集中于液氮温区及以上，77 K以下温区的固体接触热阻数据鲜有报道.基于RDK-408D2型二级G-M低温制冷机，采用叠片法测量不同粗糙度和螺栓转矩下黄铜样品在10～30 K温区的接触热阻，并讨论不同因素对接触热阻的影响程度.结果表明：该温区黄铜接触面接触热阻值在6.89×10^-4～1.86×10^-2 m²·W/K之间，接触面粗糙度越小、温度越高、螺栓转矩越大，接触热阻就越小，结论与常规定性认识相符.该低温实验数据能够为相关低温应用设计中的连接热阻计算提供一定支持.     

螺栓固结界面接触刚度的虚拟材料建模

提出一种基于统计学模型的粗糙接触界面虚拟材料建模方法,将螺栓固结界面等效为局部的虚拟材料,虚拟材料与两侧接触基体固定连接。基于螺栓固结界面粗糙形貌的Greenwood-Williamson统计学模型描述,推导虚拟材料的弹性模量、泊松比、密度和厚度等材料参数的解析表达式,建立虚拟材料的材料参数与粗糙界面属性参数之间的关系式,分析螺栓固结界面的表面粗糙形貌、基体材料属性对虚拟材料的材料参数和界面接触刚度的影响特性。采用模态实验测试和基于虚拟材料的有限元仿真分析方法,验证粗糙接触界面虚拟材料建模方法的准确性。研究结果表明:虚拟材料的材料参数与法向载荷、界面粗糙度和接触基体弹性模量相关:随法向载荷和基体弹性模量的增加,虚拟材料的弹性模量增大,泊松比和厚度减少;随界面粗糙度的增加,弹性模量和泊松比减少,而厚度增大。螺栓固结界面接触刚度随法向载荷增大而递增,随界面粗糙增大而减小。     

输电塔螺栓节点滞回特性数值模拟研究

输电塔在振动过程中，螺栓节点会发生往复运动，但目前尚缺乏针对螺栓节点动力特性的研究.因此，对螺栓滑移进行了数值模拟，分析了其在循环荷载作用下的滞回性能，并通过参数分析研究了初始间隙、螺栓扭矩、接触面粗糙度对典型螺栓节点滞回性能的影响，为模拟螺栓滑移的动力响应提供了一种可供参考的滞回模型.结果表明，初始间隙越小、摩擦系数越大、初始扭矩越大，滞回曲线的极限变形越小，其中初始间隙对滑移变形的影响最大.     

压缩机主轴-叶轮摩擦性能及过盈装配主轴弯曲变形研究

通过实验测量了压缩机主轴材料(40NiCrMo7)和叶轮材料(FV520B)的摩擦因数,其值在0.12~0.25,具体大小与法向接触压力和表面粗糙度有关.结果表明,法向接触压力只有大于约36kN以后才会使摩擦因数轻微增大,而表面粗糙度对摩擦因数的影响更显著,也更复杂.摩擦因数随FV520B表面粗糙度增大整体会呈现增大趋势,但却随着40NiCrMo7表面粗糙度的增大而减小,犁沟效应和微黏着区的产生是导致这种变化的原因.在此基础上,通过有限元计算分析了降温不均时摩擦因数和过盈量对压缩机主轴过盈装配时弯曲变形的影响.结果表明,降温不均是导致主轴过盈发生弯曲变形的重要诱因,而摩擦因数与过盈量对弯曲变形存在耦合影响.当摩擦因数保持恒定时,主轴弯曲变形会随着过盈量的增大呈现出先增大后减小的趋势.从另一角度来看,当过盈量保持恒定且小于某一临界值时,摩擦因数增大会导致主轴弯曲变形增大,但当过盈量大于该临界值后,随摩擦因数增大主轴弯曲变形反而会减小.对这种现象给出了定性的分析.     

螺纹旋合长度对钢轨接头螺栓强度的影响分析

应用有限元接触分析方法,研究钢轨接头螺栓螺纹旋合长度对螺栓强度的影响.通过改变钢轨接头螺栓和螺母的螺纹旋合长度,并进行相应的接触有限元分析,定量研究钢轨接头螺栓内部的应力分布,为实现钢轨螺栓螺母的轻量化,降低螺栓和螺母的制造成本提供理论依据.     

小型螺钉连接件中界面接触压力的探究

航天器中的螺钉连接件,其界面的接触压力分布情况是未知的。螺钉的预紧力、数量、大小等对连接件接触压力是有很大影响的。为此采用富士压力测试纸来监测不同表面粗糙度界面的小型螺钉连接件中界面接触压力的分布情况,为今后的设计提供保障。     

高强度螺栓扭矩系数研究

高强度螺栓连接广泛应用于钢结构重要部位,螺栓预紧力又是度量连接质量的重要参数;而由于螺栓和被连接件的变形,预紧力很难精确控制;为达到预期的预紧力应施加多大的拧紧力矩成为工程应用中的焦点。在扭矩系数中引入轴力相关系数来考虑扭矩与预紧力的关系,得到了修正的扭矩系数;并通过实验和有限元仿真数据对比,验证了理论推导的正确性,为以后的设计与研究提供了指导。     

基于变异系数的盘式制动器热-应力耦合场研究

摩擦片材料属性影响着接触压力的不均匀程度,为了更精确地描述接触压力不均匀度,引入变异系数,以此来量化接触压力的不均匀性,并采用控制变量法探讨了变异系数随摩擦片材料属性的变化规律.研究结果表明:温度对接触压力的不均匀性影响很大,考虑温度影响后,接触压力变异系数由21.25%增加到49.51%,较大地增加了接触压力的不均匀性;摩擦片材料属性对变异系数影响明显,随着摩擦片弹性模量、热膨胀系数增加,变异系数逐渐变大;随着比热容、热传导系数、密度增加,变异系数逐渐变小.因此,适当降低弹性模量、热膨胀系数或增加比热容、热传导系数和密度,有利于改善接触压力的不均匀度,从而延长摩擦片使用寿命.     

加锚节理岩体的复合界面元模型

利用界面元法来研究岩体中的不连续问题是非常有效的。文章研究了节理岩体作为复合块体的等效模型,建立了包含层状节理的复合界面元分析模型,并研究了包含锚杆界面的加锚岩体复合界面元非线性分析模型;针对锚杆所穿越节理面有可能相接触和张开2种情形,分析了锚杆在节理面的抗剪作用机理,导出了相应的弹塑性矩阵。给出的算例表明该法是适用有效的。     

跑合与研磨表面的形貌及其润滑效应

研究了磨削加工、磨削表面经过跑合后和机械研磨后的表面形貌特征、固体接 触特性、润滑效应及摩擦特性。结果得出跑合和研磨不仅降低了表面粗糙度而且磨去了 表面轮廓上的尖峰使表面形貌分布发生偏斜，两者都对减少固体接触改善润滑性能及降 低摩擦有显著效果。对比分析还得出机械研磨与跑合有相似的作用，而研磨的作用更为 明显。