钢芯铝绞线沿振动波形方向磨损研究

通过实验模拟了LGJ150/25型钢芯铝绞线在8%拉断张力下,3种不同振动周次下的微风振动磨损.采用扫描电子显微镜(SEM)和DMR多功能显微镜对铝线股磨痕进行形貌观测及尺寸测量.结果表明,试验后导线的磨损区域出现椭圆状磨损斑,在相同振动频率和张力作用下,磨损斑的尺寸主要受导线振幅、振动角、线股接触应力和振动次数的影响.试验结果对钢芯铝绞线微风振动磨损特性的深入研究具有重要的指导意义.     

钢芯铝绞线弯曲状态受力分析

根据钢芯铝绞线结构、材料和捻制特点,利用弯曲状态下的一次螺旋线方程,建立钢芯铝绞线弯曲状态下的有限元实体模型,采用Augmented Lagrange算法和Gauss points接触检测法分析导线在弯曲状态下受到张力作用的应力及变形规律.结果表明,在张力作用下等效应力和剪切应力沿截面中心呈上下不均匀分布;弯曲曲率半径对钢芯铝绞线股线受力有影响,曲率半径越大的股线其应力和变形越大;弯曲钢芯铝绞线最大等效应力位于钢芯,最大剪切应力位于外层铝股线,外层铝股线在弯曲状态下首先发生弯曲疲劳磨损的可能性较大.     

大跨越架空输电导线钢芯铝股应力分布特性研究

准确评估输电导线运行张力的分层特性是大跨越输电导线选型设计的重要问题.以大跨越架空用特强钢芯高强铝合金AACSR-EST500/230型导线为例,考虑股线泊松比影响,提出了大跨越输电导线股线轴向张力计算方法,建立了大跨越输电导线三维结构有限元实体模型,通过耦合同层和相邻层节点模拟各层股线之间的接触边界条件,重点研究了运行张力作用下输电导线钢芯和铝股的空间应力分布规律,并与理论结果对比分析,探讨了导线比载与钢芯铝股张力比的相关关系.结果表明:在轴向张力作用下,钢芯承担了约60%张力,铝股共承担了40%张力,其张力比约为3∶2,且钢芯和铝股的张力从内至外各自呈增大趋势;大跨越输电导线在悬挂点处的铝股应力强度高于跨中,距离悬挂点越近,股线应力受边界约束影响越大;输电导线相邻层股线的轴向应力峰值呈现相位差;随着导线比载的增加,钢芯和铝股的张力比呈增大趋势.     

钢芯铝绞线邻层线股间接触问题数值求解

本文通过采用Matlab软件对钢芯铝绞线邻层线股间的接触问题进行数值求解,得到接触椭圆参数与线股夹角之间的关系。该方法编程简单,使用方便,通用性好。     

超高压输电导线疲劳强度衰减规律

 钢芯铝绞线疲劳破坏是一个损伤不断累积、强度逐步下降的过程。导线的疲劳强度随其所受的动载荷和导线振动次数的增加而下降,当导线的剩余强度等于此时的动弯应力时,导线发生疲劳断股。因此,研究导线的剩余强度对导线疲劳断股及导线损伤具有重要意义。本文结合超高压输电导线结构特性及受力特性基于非线性强度退化模型推导出了钢芯铝绞线的疲劳剩余强度模型,并根据国际大电网会议中给出的较为保守的导线S-N曲线计算得出了模型中相关参数。通过对导线疲劳剩余强度模型进行实例分析说明了该模型的可行性。研究表明,导线强度衰减程度与载荷加载次数呈非线性关系,不同载荷下导线强度衰减速度不同,导线强度衰减量与导线振动强度及导线振动时长呈正相关,同一载荷下导线强度衰减速度随着载荷加载次数的增加而变快。     

运营环境下输电导线径向温度分布模拟

细致分析运营中输电导线的温度场,对于实现提高输电线路载流量的目标具有重要意义.本文基于二维稳态热传导控制方程形成一套求解运营中输电导线径向温度分布的新方法,该方法考虑了导线的主要热源和散热途径,以及影响导线径向温度分布的多项因素.通过钢芯铝绞线的数值算例,验证了导线径向温度差的真实存在且不可简单忽略,并讨论了载流量、对流条件和铝绞线接触状态等因素对运营中输电导线径向温度分布的影响.     

架空导线径向温差对弧垂计算的影响

建立了钢芯铝绞线径向温度场分布热路模型,利用有限元分析软件对不同载流值下导线截面的温度场进行计算,并分析了径向温差产生的原因,同时设计钢芯层和表层温度分布式实验进行验证.以实验结果为依据,讨论了不同的温差造成的弧垂计算误差,以及不同档距时的弧垂计算误差.研究结果表明:架空线径向温差随着载流量的提高呈增大趋势,自然对流情况下,表面温度70℃时,钢芯温度达到73.5℃,导致弧垂的计算误差逐渐扩大;在钢芯层和表层温差一定时,档距越大,计算误差越大,而相对误差越小.     

双金属复合内圈滚动轴承接触特性分析

为解决圆柱滚子轴承在大载荷条件下易磨损的问题,设计了一种双层金属复合材料内圈圆柱滚子轴承.以复合内圈与滚子的接触为例,基于赫兹接触理论和波西涅斯克理论,给出了单个滚子与轴承内圈的最大接触应力.结合层复合材料力学模型,计算双层金属复合材料内圈等效弹性模量.建立内圈与单个滚子间接触模型,采用有限元仿真方法,探究不同材料厚度下的接触应力和弹性变形.通过接触摩擦试验,验证复合材料内圈在不同材料厚度下的接触宽度.结果表明:双层金属复合材料内圈轴承滚子与内圈接触变形增大,接触应力减小,可以有助于减少圆柱滚子轴承的磨损.     

大跨越架空输电导线铝部应力分布试验

为了掌握大跨越架空输电导线铝部应力空间分布特性,以JLHA1/G6A-500/280型特强钢芯铝合金导线为研究对象,采用铝股丝表面激光刻槽,内嵌高灵敏、超大复用容量超弱光纤光栅,搭建了大跨越输电导线铝部应力试验平台,研究了不同张力条件下大跨越架空输电导线铝部应力分布规律,建立了大跨越导线实体有限元模型,分析了铝股应力分布特征,并验证了试验结果的正确性。结果表明：导线承受张力作用时,外层铝股和次外层铝股应力不同,外层铝股应力小于次外层铝股应力,导线同层铝股应力基本相同;铝股应力随导线张力的增大呈线性增大趋势,张力每增大1%,铝股应力增大约10%。不同导线张力作用时钢股和铝股应力均呈现环状分层特性,铝股平均应力小于钢股平均应力,铝部和钢股应力比约为3∶7;外层和次外层铝合金股丝应力沿圆周向分布不均匀,建议大跨越导线线型设计时考虑铝股丝分层特性。     

齿轮、轴承疲劳磨损探因

疲劳磨损多产生于润滑良好且闭式传动的齿轮、滚动轴承、凸轮副中。轮齿间的接触、滚动体与内外圈的接触等，在加载前都是点接触或线接触，加载后，由于材料变形，接触点或线就发展为面接触，同时会产生很大的接触应力。金属承载变形时，将消耗很多能量，其中有９０％以上转变为热量，且大多数集中在接触区域，所以瞬时温度可达到很高，在微观体积中形成“微区”淬火，使之发生相变或组织转变，弹性和塑性降低，又由于接触表面层内的塑性变形不均匀以及温度梯度的提高，以及该区域较大的接触应力，促使相变和组织的转变，在重复接触下，引起…     

煤矸石推剪试验的颗粒离散元细观模拟

以现场推剪试验为基础,基于二维颗粒离散元(two dimensional particle flow code,PFC^2D)建立煤矸石推剪试验模型.通过不同级配和孔隙率反映治理前后不同密实度的矸石散粒体,较好地模拟煤矸石现场推剪试验的推力-位移曲线;对比分析治理前后推剪模型推力-位移曲线的差异性,从细观力学角度验证推剪试验中矸石颗粒的运动规律.颗粒离散元模拟结果表明：治理前后推剪模型都存在接触力沿滑裂面传递的现象;由于碾压作用,治理后推剪模型的接触力呈倒月牙形分布;治理后煤矸石试样在推剪完成后,其颗粒接触力与水平方向的夹角比治理前更大,集中分布区域更狭窄.通过颗粒位移矢量图确定推剪试验的滑裂面,解决了煤矸石推剪试验中滑裂面难以确定的问题.     

基于轮胎力学特征的轮胎磨损主因子仿真分析

为了量化分析车辆在不同运动状态下轮胎的磨损程度,通过研究轮胎磨损模型,提出了基于轮胎力学特征的轮胎纵向磨损主因子和侧向磨损主因子,建立了基于"魔术公式"轮胎模型的轮胎纵向磨损主因子和侧向磨损主因子模型。通过对纯制动和纯转弯两种工况下轮胎磨损主因子的仿真分析,得出了滑移率、侧偏角、垂直载荷、纵向力、侧向力与纵向磨损主因子和侧向磨损主因子关系曲线。利用轮胎磨损主因子模型的仿真结果,为定量地分析不同运动状态下轮胎的磨损程度提供可靠依据,对延长轮胎的使用寿命具有重要意义。     

油基泥浆中P110套管磨损机理和耐磨性能

固井后的技术套管与旋转的钻杆接头在一定正压力下接触导致不同程度的磨损,磨损后套管抗挤毁和抗内压强度降低,威胁油气井的安全。为计算井下套管磨损深度和磨损套管的剩余强度,确定减少套管磨损的有效措施,在油基泥浆中进行了P110套管的磨损实验,测量了不同磨损时间、转速和正压力下套管的磨损效率和摩擦系数。通过套管磨损表面形貌分析,确定了套管磨损机理。油基泥浆中P110套管的磨损效率和正压力和转速成正比,磨损效率在2~4×10-131/Pa之间。各转速下套管表面的磨损机理基本相同,黏着磨损、犁沟和疲劳磨损同时发生。正压力对套管表面磨损机理的影响有较大,低接触力下套管表面磨粒和犁沟磨损同时存在,高正压力下主要发生黏着和犁沟磨损。不同转速和正压力作用下,P110套管主要发生了黏着磨损,采用基于粘着磨损机理的磨损效率模型预测井下套管的磨损程度是可行的。     

湿滑状态下飞机轮胎与道面摩擦特性试验

湿滑道面会造成飞机制动性能下降,影响起降安全。本文通过搭建污染跑道摩擦特性测试装置,根据飞机在湿滑道面滑跑的实际情况,对飞机轮胎在不同水膜厚度、速度、载荷条件下运行的接触力、滑移距离进行研究,分析了湿滑条件下道面摩擦特性与影响因素间的关系。实验结果表明：水膜厚度对道面摩擦特性影响显著,水膜厚度为13mm时,轮胎与道面之间的接触应力变化明显,滑移距离大幅度增加。随着速度的增加,轮胎与道面之间的接触应力呈线性增加趋势,过高的速度会增加滑水风险。轮胎载荷的增加会减少湿滑道面上的滑移距离,在一定程度上提高飞机轮胎的载荷,能有效改善湿滑道面上的摩擦特性。     

机械密封用O形橡胶密封圈微动特性

采用含高阶项的Mooney-Rivlin本构模型对机械密封用O形丁腈橡胶圈进行了轴对称有限元分析,重点考察了位移幅值、介质压力、压缩率及摩擦系数对其微动特性的影响.结果表明:随着位移幅值的增加,O形圈在微动界面上可呈现黏着、混合黏滑和完全滑移3种不同的接触状态;介质压力、压缩率及摩擦系数对O形圈的微动运行行为有重要影响;混合黏滑状态下O形圈密封界面摩擦力的显著波动会影响浮动环的浮动性;滑移状态下O形圈伴随着较高的Von Mises应力易导致其发生剪切破坏、表面磨损加剧;而在黏着状态下O形圈的综合性能最佳.因此,应避免O形圈运行于混合黏滑状态,压缩率取10%左右,并降低摩擦系数,以减缓其表面磨损和剪切破坏并满足补偿环浮动性和追随性.     

高压螺旋输送机的组合密封结构设计及其有限元分析

根据螺旋输送机的使用条件设计出能应用于高压螺旋输送机的组合密封结构,并用ANSYS建立其二维轴对称模型。分析滑环槽数、厚度以及O型圈压缩量对密封面接触压力的影响,以及滑环槽形对密封间隙内结构效应的影响。结果表明：随着滑环槽数和O型圈压缩量的增加以及滑环厚度的减少,密封面上的接触压力增大;随着滑环槽型的改变,当密封唇两端角度差越大时,结构效应越明显。最终确定当滑环上槽数为2,滑环厚度为2mm,O型圈压缩量为0.75mm时,密封结构能获得最佳的密封效果,同时滑环磨损减少,使用寿命延长。     

基于有限元模型的谐波对钢芯铝绞线载流量影响的定量分析研究

伴随着新能源与电力电子设备的广泛接入，输电线路的谐波问题愈发突出。针对谐波对输电线路载流量的影响机理不清，定量分析手段匮乏等突出问题，本文提出了一种评估谐波对钢芯铝绞线（Aluminum con-ductor steel reinforced，ACSR）载流量影响的新方法。首先，通过使用贝塞尔函数求解ACSR的麦克斯韦方程组，推导ACSR内部电流密度分布的表达式，从而解析化的表征谐波与ACSR载流量间的作用机理。基于此，进一步利用热平衡方程建立输电线路载流量的解析表达式，从而定量评估谐波热效应对载流量的影响。理论分析结果表明，谐波的存在会降低ACSR的最大载流量，其作用机理为谐波下的交流电阻会使线路电阻增大，导致在同等线路温度下基波所产生的热量极值减小，从而使得最大载流量进一步降低。最后，在COMSOL软件中建立了ACSR的二维有限元模型，通过注入不同分量的谐波来验证该方法的有效性和准确性。     

轮胎偏磨损机理及数值解析方法研究

在车辆-轮胎-地面系统力学范畴内对轮胎偏磨损机理进行了探讨，定义了轮胎偏磨损的概念，指出了滑移力和滑移速度在轮胎轴向和周向上的梯度变化是造成轮胎偏磨损的根本原因．着重介绍了现有轮胎偏磨损预测计算模型：有限单元法，单位磨损里程表示法及磨损能量计算法．并对这三种方法进行了比较和评价，提出今后轮胎偏磨损的研究发展方向．