基于Hamaker假设的黏着接触弹性模型

为研究微纳米系统中的黏着接触问题，基于Hamaker假设和Lennard-Jones的势能定律，通过积分方法得到了球体与平面间的黏着力，同时结合经典弹性理论建立了一种新型的球体与平面黏着接触的弹性模型．该模型可以同时得到平面轮廓随间距的变形过程及黏着力和平面变形量随间距的变化规律，当球体半径较大时，所建模型与基于Derjaguin近似的黏着模型给出的结果基本一致，随着球体半径的逐渐减小，2种模型的差异逐渐增大，这是由于Derjaguin近似的误差随球体半径的减小而增大引起的．因此，当球体的半径趋近纳米级时，基于Hamaker假设的黏着接触模型消除了Derjaguin近似所带来的误差，可以更加准确地给出黏着力和平面变形量随间距的变化规律．     

基于Hamaker假设的黏着接触弹性模型

为研究微纳米系统中的黏着接触问题，基于Hamaker假设和Lennard-Jones势能定律，通过积分方法得到了球体与平面间的黏着力，同时结合经典弹性理论建立了一种新型的球体与平面黏着接触的弹性模型，该模型可以同时得到平面轮廓随间距的变形过程及黏着力和平面变形量随间距的变化规律，当球体半径较大时，所建模型与基于Derjaguin近似的黏着模型给出的结果基本一致，随着球体半径的逐渐减小，两种模型的差异逐渐增大，这是由于Derjaguin近似的误差随球体半径的减小而增大引起的，因此，当球体的半径趋近纳米级时，基于Hamaker假设的黏着接触模型可以给出更加准确的结果。     

考虑微凸体侧接触的结合面法向接触刚度建模

提出了一种考虑微凸体侧接触影响的结合面法向刚度建模方法。通过采样获取接触表面轮廓数据后，用统计方法研究了接触表面上微凸体之间的水平距离分布，发现微凸体之间的水平距离分布近似呈正态分布。基于微凸体侧接触理论和微凸体连续变形理论，建立微凸体的法向接触刚度模型后，根据微凸体水平距离的分布规律，利用统计理论，构建了结合面法向接触刚度模型。分析结果表明：在两个接触表面平均间距相同时，提出模型的法向接触载荷大于KE模型，小于高志强(GZQ)模型；在间距较小时，提出模型接触刚度小于KE(Kogut L和Etsion I)模型接触刚度，在间距较大时，提出模型接触刚度大于KE模型接触刚度，并且提出模型的法向接触刚度总是小于GZQ模型接触刚度；基于提出模型的有限元分析获得的前三阶模态与试验结果一致，固有频率与试验结果最大相差8.2%,说明提出的模型能够比较准确地预测结合面的法向动态特性。     

分形粗糙表面接触变形分段计算模型

针对现有分形理论描述粗糙表面接触变形过程存在的问题,以与波长对应的系数作为尺度划分依据,提出了一种考虑分形细节和微凸体接触变形过程的分段计算模型.通过数学推导和分析论述粗糙表面的接触变形过程,得出了与现有分形理论不同的结论,并论述了其不同的原因.基于此考虑了各尺度之间等效模型的连续性,导出了真实接触面积与载荷之间的隐函数关系,并进行了数值模拟分析.结果表明:粗糙表面的接触变形过程是从塑性变形到弹性变形的转变,在转变过渡区域会出现弹性变形和塑性变形交替的过程;某一确定尺度下微凸体变形前的顶端曲率半径是一个不随变形量变化的定值;当分形维度接近1时,粗糙表面以塑性变形为主,此时表面接触性质仅受到材料的影响;分形维度存在一个最佳值,此时粗糙表面接触性质最好.     

考虑硬度变化的结合面法向刚度建模

基于分形理论及M-B模型,引入微接触点域扩展因子,综合考虑微凸体弹性接触变形、弹塑性接触变形和完全塑性变形,进而考虑微凸体弹塑性变形阶段硬度随其几何形貌的改变而变化,建立对应的结合面法向接触刚度模型。通过软件仿真发现:考虑微凸体硬度随其几何形貌改变后,无量纲接触载荷较将硬度视为定值时要小,且随着分形维数的增大,二者差异在逐渐增大;考虑微凸体硬度随微凸体几何形状改变而变化后,结合面无量纲法向接触刚度相较将硬度视为定值时大;无量纲法向接触刚度随着无量纲接触载荷、分形维数和塑性指数的增大而增大,但随着无量纲特征分形粗糙度的增大而减小。     

基于微凸体连续变形理论的结合面切向刚度模型

提出了一种包含微凸体接触过程中弹塑性过渡阶段弹性的粗糙表面切向接触刚度模型。现有粗糙表面切向接触刚度模型中只考虑微凸体完全弹性接触阶段的弹性,未考虑弹塑性过渡阶段弹性。根据微凸体变形过程中应满足的连续性条件,微凸体变形过程可以按如下划分:完全弹性阶段、弹塑性过渡阶段(包含三个不同阶段)以及完全塑性阶段,依据分形理论和Hertz接触理论,建立了计入微凸体弹塑性过渡阶段弹性的结合面切向接触刚度模型。分析与试验结果表明:考虑微凸体的弹塑性过渡阶段的切向接触刚度相比与不考虑弹塑性过渡阶段更加的符合实际接触情况。新模型的切向接触刚度随着法向载荷和较软材料的屈服强度与两材料的复合弹性模量的比值的增大而增大,还由于分形粗糙度与切向载荷的增大,该切向接触刚度会减小,并且伴随着分形维数的增大,切向接触刚度先增大后减小,即接触刚度存在一个峰值。此外,当较软材料的屈服强度与两材料的复合弹性模量的比值增大时,刚度峰值所对应的分形维数在减小。     

椭圆抛物体形微凸体弹性接触力学模型

为了更准确地描述粗糙结合面的微观接触特性,构建了一种椭圆抛物体形微凸体曲面弹性接触模型。该模型同时考虑了微凸体正接触与侧接触的情形,采用了Weingarten映射的方法来求解接触点处的曲率,并结合赫兹曲面接触理论进行求解,得出椭圆抛物体在弹性侧接触时的接触面积与接触位移的解析公式。讨论了微凸体在不同相对位置下及不同椭圆率的情况下接触面积与接触位移的变化,并通过有限元仿真与该模型进行了对比计算,结果表明:椭圆率对接触面积、接触位移的计算结果影响较大,当椭圆率在超过0.9后,两微凸体接触面积迅速减小,接触位移迅速增大;提出的模型与有限元模型结果相比,两微凸体接触位移计算结果差异最大为10%,接触面积结果差异最大为6.2%。该模型同样适用于求解几何模型具有二阶连续偏导数的微凸体弹性接触问题,为研究形状更为复杂的微凸体接触奠定了基础。     

考虑微凸体基体变形和相互作用的结合面法向接触刚度模型

针对以经典Greenwood-Willamson(GW)统计模型为基础建立的结合面法向接触刚度计算模型忽略微凸体基体变形和相互作用而导致的结合面刚度计算值增大的问题,建立了一种综合考虑微凸体基体变形和相互作用的结合面法向接触刚度模型。该模型以GW统计模型计算刚度的方法为基础,根据经典赫兹接触理论和弹性理论,在微凸体的总变形量中引入单个微凸体受法向载荷作用时基体的变形函数和周围区域的变形函数,采用不动点迭代法先后推导出单独考虑微凸体基体变形或相互作用时结合面法向接触载荷和刚度的表达式。对两种变形函数进行叠加给出了含微凸体基体变形和相互作用的结合面法向载荷和刚度的表达式,进而建立了结合面法向接触刚度模型。与GW统计模型进行了对比,仿真结果表明:考虑微凸体基体变形或相互作用的结合面法向接触刚度小于GW统计模型的法向接触刚度,在微凸体高度标准偏差为0.05μm时,最小结合面平均分离距离下考虑基体变形后结合面法向接触刚度下降9.8%,考虑微凸体相互作用后结合面法向接触刚度下降23.2%,此时微凸体相互作用比基体变形对系统的总刚度影响大。随着微凸体高度标准偏差的增大,前述两因素对结合面法向接触刚度的影响规律呈现相反的趋势。     

含弹性介质的结合面接触问题数值分析

提出了中间含有弹性接触层的粗糙结合面的力学模型，并运用层状弹性体系力学中的洛普位移函数法，得出了含有弹性层的粗糙结合面接触问题的应力、位移公式。最后分析了当弹性层厚度、弹性模量及泊松比变化时，弹性层中应力、变形的变化规律。     

基于分形接触理论的结合面法向接触参数预估

基于分形接触理论,建立了结合面法向接触参数的分形预估模型,通过粗糙表面材料性能参数、法向载荷及粗糙表面的分形参数来预估法向接触刚度和接触阻尼,并对其变化规律进行数值仿真.结果表明：结合面之间的接触处于弹性变形和与塑性变形共存的状态,且小接触点面积的微凸体发生塑性变形,而大接触点面积的微凸体发生弹性变形;法向接触参数与分形参数之间具有较强的非线性关系;同时,法向接触刚度随法向载荷的增大而逐渐增加,但法向载荷对结合面的法向阻尼特性影响较小;仿真结果中极值点的存在,为结合面接触参数的优化设计提供了依据.     

轧辊弹性变形对中厚板辊缝设定的影响

根据中厚板轧制过程的受力模型 ,将辊缝变化转化为辊系的弹性变形 ,利用影响函数法 ,计算出轧件宽度、工作辊半径、支承辊半径、工作辊凸度、支承辊凸度及轧制力等因素对辊缝设定的影响·仿真结果表明 :①随着支承辊半径的增大 ,轧辊变形量呈线性减少 ;②随着工作辊半径增大 ,轧辊变形量呈线性增加 ;③随着支承辊凸度的增大 ,轧辊变形量呈线性增加 ;④工作辊凸度与轧辊变形量之间呈线性关系 ,轧件宽度的变化直接影响该线性关系的走向 ;⑤随着轧制力增加 ,轧辊变形量线性增加·只要轧制力相等 ,轧辊变形基本不变     

Molecular dynamics simulation of nanoscale contact and sliding processes for probes with different tip radius of curvature

Three-dimensional simulations were carried out molecular dynamics （MD） to study the contact and sliding processes between diamond points with different tip radius of curvature and surfaces of single crystal copper. The material deformation, abrasion mechanism, lattice defects, the force of contact process, and the sliding friction process were investigated. The simulation results show that the contact force, dislocations, and stacking fault defects, increase during the contact process with increasing contact depth or tip radius of curvature. The dislocations emit along the [10i-] and [i-01] direction and then a glide band is formed. It was also found that a greater tip radius of cur- vature results in a larger groove and more material defor- mation. The normal force and friction increase with increasing tip radius of curvature, but the coefficient of friction decreases. The stacking faults spread along the sliding direction and increase with increasing tip radius of curvature. In addition, the number of upheaval atoms increases as the radius of tip curvature or sliding distance increases.     

周向波度机械密封的流固耦合

以波度密封为例,建立了考虑静环倾斜时流体动压型机械密封的流固耦合三维性能分析模型,研究了静环倾斜量、密封环弹性变形对端面压强分布、密封性能的影响规律;同时改变结构参数和操作参数,研究其对端面弹性变形的影响规律。结果表明：弹性变形及静环的倾斜对端面的压强分布、密封性能影响显著,使端面间隙由外径向内径形成收敛型,周向波度及...     

新型内啮合齿轮压缩机的齿间接触力研究

为了使内啮合压缩机的材料选择准确、摩擦功耗减小、运行可靠性提高等，采用线弹性理论，在分别考虑缸体与外转子无间隙和有间隙的2种情况下，建立了齿面接触力计算的数学模型，该模型比有限元方法求解简单，并可得到接触力随转角的变化关系，特别是易于根据计算得到的结果合理设计和优化型线参数．研究结果表明：间隙会在很大程度上影响接触力的大小和变化规律；有间隙模型所得到的接触力数值比无间隙模型大10倍以上．考虑到实际转子压缩机中外转子和缸体之间不可避免地存在间隙，因此有间隙模型更接近于实际情况，而且在设计该压缩机时宜采用有间隙模型．     

热膨胀系数同弹性模量数学模型分析

为满足超精密加工对精度的要求，从机理角度分析了材料的热膨胀系数和弹性模量，建立了二者关系的数学模型。结果表明：材料热膨胀和材料弹性模量的物理本质都同原子间作用力密勿相关，只是二者的原子间发生作用的起固有别。材料的热膨胀是因温度升高，原子振幅加大，引起原子间斥力增加，平衡距离加大，原子间仍是平衡状态；而弹性模量是两原子受到外力作用，偏离平衡位置，双子间是引力(斥力)状态，该引力(斥力)值同外界作用力平衡。     

多道次偏心旋压的工艺分析与试验研究

分析了偏心旋压与传统轴对称普通旋压的区别，利用ANSYS软件对偏心类管件的缩径旋压进行了三维有限元数值模拟，并解决了模拟中的动态边界及摩擦问题．通过模拟得到了变形瞬间接触区工件的应力场分布，工件的网格变化，变形终步毛坯的应力场、应变场分布以及轴向伸长量，并分析了偏心旋压中的一些常见现象及缺陷．模拟结果表明：偏心旋压不同于传统轴对称普通旋压，其成形参数的变化明显呈非轴对称分布；成形机理受旋压方式、偏心距、进给比、旋轮圆角半径、道次下压量以及毛坯壁厚等影响．试验结果表明，工艺参数对轴对称普通旋压的旋压力及成形质量有很大影响．文中最后基于试验结果就不同工艺参数对偏心旋压下旋压力及成形质量的影响进行了讨论、     

射流冲击载荷对井底岩石应力场的影响

考虑三向地应力、液柱压力、孔隙压力和射流速度的影响,建立射流冲击井底岩石流固耦合模型,运用有限元及有限体积法进行求解。结果表明:井底压差越大,井底岩石最大主应力越大;射流最大冲击压力与速度平方成正比,孔隙压力在冲击面和冲击轴线上随距离增加均呈"三次抛物线"减小;射流冲击井底岩石存在明显的局部效应,射流主要影响区域在冲击面上约为2倍射流半径,在冲击轴线上约为2.5~3.5倍射流半径,与应力波理论结果相吻合。     

静压式机械密封流固耦合的理论分析

针对一种收敛间隙静压式机械密封,建立了机械密封流固耦合模型,采用有限元方法求解不可压缩Reynolds方程,得到密封间隙流体压力分布,采用ANSYS有限元软件计算密封组件的弹性变形,利用两者之间自动迭代计算实现流固耦合分析。结果表明,高压工况下,静压式机械密封间隙的压力分布受到密封端面变形的影响,同时又会影响到端面的变形。该流固耦合分析考虑了密封组件之间的接触摩擦和预紧作用,能够准确反映高压流体和密封结构的相互影响。计算得到的泄漏量与实验值吻合,对特殊工况下静压式机械密封的流固耦合研究具有参考意义。     

旋流池半地下连续墙筒形结构内力变形分析

基于弹性薄板理论,推导出旋流池开挖过程中一种新的围护结构半地下连续墙,在侧向水土荷载作用下的变形和内力方程.根据理论公式,系统地分析了端部自由和端部固定两种边界条件下旋流池半地下连续墙筒形结构的变形和内力特点,并分析了各参数包括筒壁厚度、直径、高度和模量对其内力和变形的影响.研究结果表明,旋流池半地下连续墙围护结构在侧向水土荷载作用下的内力主要以环向压力为主,弯矩和剪力值除在端部较大外,其余位置都较小;当端部固定时,最大变形值出现在中部靠下的位置,变形值总体上较小;在各种影响因素中,旋流池半径对筒壁的内力和变形影响最大.最后,对旋流池半地下连续墙筒形围护结构的设计计算提出了建议.