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。     

基于离散元研究石墨对铜基石墨复合材料摩擦磨损性能的影响

文章利用离散元二维颗粒流程序(PFC2D)建立铜基石墨复合材料和45#钢摩擦副数值模型,基于环-块滑动接触方式,研究摩擦过程中摩擦界面动态变化规律及石墨粒径和体积分数对复合材料摩擦磨损性能的影响。结果表明：复合材料和45#钢摩擦过程中,在摩擦表面逐渐形成石墨润滑层,使得摩擦副的接触由金属与金属接触逐渐转变为石墨与金属接触;随着时步数增加,材料摩擦系数整体下降并达到稳定;石墨粒径增加,摩擦系数增大,磨损量先减少后增多,石墨粒径为18μm时,磨损量最少为1.65×10^-8 m³;石墨体积分数增多,材料摩擦系数降低,磨损量先减少后增多,石墨体积分数为12%时,磨损量最少为1.61×10^-8 m³。     

干摩擦阻尼对失谐叶盘系统受迫振动的影响

针对目前含非线性干摩擦阻尼结构的失谐叶盘系统振动特性研究中,非线性干摩擦接触模型的建立及高自由度非线性系统的求解问题,采用抗混叠时频域融合算法和三维微滑移摩擦接触模型,对某含有非线性干摩擦阻尼结构的失谐叶盘系统的受迫振动响应进行计算分析,研究了干摩擦阻尼结构对失谐叶盘系统受迫振动响应的影响,并对含接触面非线性干摩擦失谐和叶盘系统失谐耦合作用下的双重失谐叶盘系统的振动特性进行了研究。结果表明:非线性摩擦阻尼结构对失谐叶盘系统的振动有抑制作用,在文中参数条件下振幅平均下降了9.53%;摩擦阻尼结构对失谐叶盘中每支叶片的减振效果存在差异,每支叶片达到最佳减振效果时所对应的最优初始正压力不同;接触产生的摩擦失谐对失谐叶盘系统同样有减振的作用;当接触面法向刚度失谐与叶盘系统的失谐强度和失谐量分布相同时,摩擦阻尼减振作用比摩擦力协调时减弱,在文中参数条件下振幅平均下降量减少了3.45%。     

非对称轧制基础实騐研究

本文通过对非对称轧制的实验,测定出轧制方向和板宽方向上的摩擦力以及单位轧制压力沿板宽上的分布。为今后正确建立接触弧内金属应力状态模型,用三维理论计算轧制时的力能参数提供了实验根据。     

摩擦因素对结合面法向接触状态的影响

基于综合考虑微凸体完全弹性、弹塑性和完全塑性的三维接触分形理论,并引入微接触点域扩展因子,进而考虑摩擦的影响,建立了修正的结合面法向接触模型。该模型的仿真研究结果表明,摩擦的影响使得临界弹塑性接触面积增大,从而使变形机制中弹塑性变形和塑性变形的比例增大;在相同的真实接触面积下,考虑摩擦因素影响所对应的接触载荷比不考虑摩擦因素影响所对应的接触载荷较小,且随真实接触面积的增大两种情况下所对应的接触载荷之间的差距将逐渐变大。同时还分析了不同参数条件对法向接触状态的影响。     

铜基复合材料面接触摩擦副温度场及磨损特性研究

文章利用非接触式红外测温-有限元模拟-热电偶测温验证相结合的方法,克服摩擦副热流分配系数误差较大的问题,建立基于面接触摩擦磨损试验的三维温度场模型,分析其温度对铜基双金属材料磨损特性的影响。结果表明,在面接触摩擦磨损试验中,摩擦副接触面径向不同位置的温度不同,所对应的磨损也有差别,温度对摩擦磨损有非常显著的影响。     

三维弹塑性摩擦接触多极边界元法

三维弹塑性摩擦接触问题是多重非线性问题，对接触区表面和塑变区的离散，须划分大量单元进行大规模运算才能获得接触位移、面力及应力场的准确信息。传统边界元法由于离散自由度所需内存大，CPU计算时间冗长，完整解题运算规模受到限制。本文在三维弹性多极留数边界元法的基础上，开发研制三维弹性数学规划型摩擦接触多极边界元法及源程序，建立三维弹塑性摩擦接触多极边界元法并研制其源程序，更新了课题组开发的原传统的三维弹塑性摩擦接触边界元法。数值试验表明，本法使计算机内存量减少近百倍，从而使细划分单元的大规模运算成为可能，并提高了计算精度。     

基于完善双线性迟滞模型的干摩擦阻尼系统动力学分析

针对接触正压力较大时干摩擦力主要表现出刚度特性的情况,结合已有文献的实验研究结论,对双线性迟滞模型进行完善。通过龙格库塔方法计算干摩擦阻尼系统的动力响应,结合傅里叶变换、庞加莱图及相图分析系统的非线性动力学特性。仿真结果表明,在干摩擦接触不脱离的情况下,系统没有出现分叉与混沌现象,稳态响应与摩擦力没有出现次谐波响应且高次谐波分量很小,证明了基于一次谐波平衡的等效线性化方法求解接触不脱离的干摩擦阻尼系统是较为精确的;得到了接触刚度、外激励幅值、正压力对干摩擦阻尼系统减振效果影响的规律,与相关实验结果基本相符。相关结论可为工程中干摩擦阻尼器的设计提供参考。     

法兰与金属垫片密封表面接触分形模型

考虑法兰与金属垫片接触属于静接触，接触界面摩擦作用对其不产生影响，在修正的M-B接触模型基础上，建立法兰与金属垫片密封表面接触模型，得到了无量纲真实接触面积与压紧应力的关系．研究表明，真实接触面积随着垫片上压紧应力的增加而呈线性增加；在相同接触应力下，真实接触面积随分形维数D的增大而增大，随尺度系数C的增大而减小，即表面越光滑真实接触面积越大．这为金属垫片密封性能的研究提供了依据．     

齿面摩擦下非对称齿轮接触疲劳强度的计算

以非对称齿轮为研究对象,分析齿面摩擦和压力角对齿轮接触强度的影响.在考虑齿面摩擦的条件下,通过建立轮齿受力模型,推导出齿面接触强度的计算式.文中给出了表征工作侧压力角及齿面滑动摩擦因数的综合影响因子.研究表明:非对称齿轮强度计算中不可忽视齿面摩擦的作用,适当增大工作侧压力角将有助于提高齿面接触强度.该文所建模型较接近工程实践,研究结果能更真实地反映齿面接触应力的变化规律.     

螺纹副面力场的摩擦接触多极边界元解析(3500中厚板轧机压下系统可靠性研究Ⅱ)

将三维弹性摩擦接触多极边界元法及软件应用于3500中厚板轧机压下螺纹副三维面力场的大规模运算课题。通过微机运算，给出了螺牙接触面的径向压力分布、径向摩擦力分布、周向压力分布和螺纹层间压力分布。在获得同等计算精度条件下，和有限元法相比，本法占用的CPU时间相当，但所用微机内存容量仅为有限元法的1／80。     

基于粗糙接触理论的橡胶-金属摩擦副的摩擦分析

采用有限元接触分析和粗糙表面形貌概率分析的方法，建立了橡胶－金属摩擦副接触和摩擦分析模型，在此基础上进行了相应的摩擦学分析，并推导出橡胶－金属摩擦副在摩擦过程中的有关计算公式，揭示出橡胶－金属摩擦副在摩擦过程中接触载荷、实际接触面积和摩擦力之间的定量关系，并做了算例分析。     

金属三维塑性成形过程无网格伽辽金法数值模拟技术

将无网格伽辽金法(EFGM)与三维刚(粘)塑性流动理论相结合,对EFGM在金属三维塑性成形过程数值模拟中的应用技术进行了研究.分别采用边界奇异权法和修正的罚函数法处理速度边界条件和体积不可压缩条件,采用反正切摩擦模型处理摩擦边界条件,推导了金属三维塑性成形过程EFGM法数值模拟的刚度方程,给出了关键算法.对长方体金属镦粗过程进行了数值模拟,并将数值结果与三维刚塑性有限元体积成形商品软件Deform3D计算结果作了比较.发现两者吻合良好,表明了本文方法的正确性和有效性.     

干气密封补偿环O形圈的变形与应力分布规律

采用有限元分析软件ANSYS建立干气密封补偿环O形橡胶密封圈二维轴对称模型,对其在不同压缩率与介质压力下的变形、Von Mises应力及密封面处接触压力、接触摩擦应力分布规律进行探讨,确定O性橡胶密封圈易失效位置;分析压缩率和介质压力对其最大Von Mises应力、最大接触压力、最大接触摩擦应力的影响.分析结果表明:O形圈密封最大Von Mises应力、密封面最大接触压力、最大接触摩擦应力随介质压力的增大而增大,在中低压下提高O形圈的压缩率既能提高密封圈的密封性能,也不影响补偿环的追随性.为干气密封补偿环上的O形密封圈结构设计及选型提供参考.     

液黏传动摩擦副温度场分布特性研究

为了揭示液黏传动摩擦副温度场分布规律,以矿用刮板输送机可控启动装置为研究对象,基于热传导原理建立了摩擦副三维瞬时热传导方程,采用摩擦功率法推导了热流密度数学模型,确定了摩擦副的对流换热系数,在ANSYS Workbench中建立了摩擦副温度场有限元模型,分别研究了不同接合压力和相对转速及整个软启动过程中摩擦副的温度场分布特性。结果表明：摩擦片和对偶片具有相似的温度场分布规律,均是沿内径至外径方向先上升后下降,温度最大值出现在接近摩擦副外径处;摩擦副温度随接合压力和相对转速的增大而升高;摩擦片每个菱形区域中心温度高于四周区域,容易形成热斑;整个软启动过程中摩擦副温度逐渐升高,在软启动刚结束时达到最大值,摩擦副接触表面高温区向中心靠近。温度场仿真结果为后续的摩擦副热—结构耦合分析打下了基础,提供了相关的理论依据。     

多物体三维有摩擦弹性接触凝缩边界元法

基于工程需要,将三维边界元凝缩解法用于求解多物体摩擦型弹性接触问题.由于摩擦接触问题属于非线性问题,接触面的滑动引起能量的耗散,采用增量法来追踪整个载荷的历程,采用凝缩解法对边界矩阵方程进行求解.以三物体接触模型为例,阐述了多物体接触的边界积分方程的建立和边界矩阵方程的求解过程,以一计算实例说明本方法的正确性.     

液黏传动摩擦副温度场分布特性的模拟

为了揭示液黏传动摩擦副温度场分布规律,以矿用刮板输送机可控启动装置为研究对象,基于热传导原理建立了摩擦副三维瞬时热传导方程,采用摩擦功率法推导了热流密度数学模型,确定了摩擦副的对流换热系数。在ANSYS Workbench中建立了摩擦副温度场有限元模型,分别研究了不同接合压力和相对转速及整个软启动过程中摩擦副的温度场分布特性。结果表明:摩擦片和对偶片具有相似的温度场分布规律,均是沿内径至外径方向先上升后下降,温度最大值出现在接近摩擦副外径处;摩擦副温度随接合压力和相对转速的增大而升高;摩擦片每个菱形区域中心温度高于四周区域,容易形成热斑;整个软启动过程中摩擦副温度逐渐升高,在软启动刚结束时达到最大值,摩擦副接触表面高温区向中心靠近。温度场仿真结果为后续的摩擦副热—结构耦合分析打下了基础,提供了相关的理论依据。     

摩擦传递扭矩的大型旋转机械主轴强度分析

承受外载的旋转机械靠摩擦传递扭矩时,主轴属于三维材料非线性与边界非线性的耦合问题——弹塑性接触问题。本文采用有限元增量法对此进行了详细分析,导出了基于流动理论的塑性增量的本构方程及等强化材料在复杂应力状态下的Mises模型的本构矩阵。在有限元计算中采用了精度较高的一阶自校正法,在接触问题分析中设定了自由、粘连、滑动三种边界,并采用了接触单元处理,求解时采用凝缩矩阵法及有限元混合法。对摩擦传递扭矩的水轮机主轴计算结果进行了分析,并与三维光弹实验结果进行了比较,两者是一致的。     

基于真实接触面积的摩擦模型

分析了经典摩擦理论中关于摩擦系数的问题,利用弹塑性力学建立摩擦微元体,并给出3个假设:(1)摩擦力与真实接触面积成正比,(2)摩擦剪应力与正应力(压力)无关,(3)无磨损.然后提出了基于真实接触面积的摩擦模型,并利用该模型分析了等高粗糙、随机粗糙和极端条件下的摩擦力.结果表明:该模型与经典摩擦系数方法相比有较大的不同,反映了界面摩擦的起因,可以用来有效分析不同类型的摩擦问题.