盘式制动器旋转结合面的热-结构耦合特性

为探索盘式制动器制动盘与制动片之间的摩擦生热规律及其热流分配规律,应用有限元软件对汽车紧急制动过程进行模拟,研究了制动器在制动过程中温度场、应力场的分布规律及其变化特征.研究结果表明:在制动过程中,系统的应力场和温度场分布都不均匀,二者沿径向和轴向都有较大的梯度,而沿周向的梯度相对较小;由于热应力和机械应力的作用,制动盘会发生热变形,从而使接触状态改变,并导致压力分布的变化,而接触压力的变化反过来又影响摩擦热流的输入;制动盘的变形既是温度场和应力场耦合作用的结果,也是振动摩擦耦合作用的结果.     

干接触体滑动过程温度场的计算

该文建立无润滑条件下滑动接触模型,考察相对滑动过程中摩擦热的产生以及传导,并研究了工程实际中对胶合、磨损、局部塑性变形有重要影响的局部温升。利用快速Fourier变换,求解L ap lace热传导方程,获得了光滑及粗糙表面的瞬时温升,以及接触体的体内各离散点的温度,从而得到半无限体干接触的温度场。结果表明:局部接触压力和摩擦因数以及相对滑动速度是和摩擦热直接相关的3个参数,在相同载荷下的粗糙峰表面接触处的瞬时温升远高于光滑表面接触处的温升。     

盘式制动器热弹性耦合分析

探讨了汽车盘式制动器的摩擦接触热弹性耦合非线性问题及其分析方法.利用有限元分析软件ANSYS 8.1建立盘式制动器热弹性耦合分析的三维有限元模型,确定对模型求解的边界条件、载荷步及模拟工况,研究进行制动器热弹性耦合分析的过程,通过仿真计算得到制动器工作过程中制动盘瞬态温度场、应力场等重要信息.     

摩擦接触界面传热规律研究

摩擦接触界面的传热现象比较复杂,难以精确描述。该文对其传热规律进行了研究,利用数值计算方法归纳出了具有接触热阻和摩擦产热的接触界面处的边界条件,并进行了理论分析,提出了接触分热阻的概念,完善了接触界面传热边界条件的描述。     

考虑空穴和微观弹流润滑效应的连杆大头轴承热弹流混合润滑分析

基于多体动力学原理建立了考虑空穴效应和微观弹流润滑效应的连杆大头轴承热弹性流体动力混合润滑的计算模型,提出了穴蚀位置的识别方法,分析了轴承润滑状态并获得了轴承摩擦损失的热量分配方法.结果表明:连杆大头轴承处于混合润滑状态,其粗糙接触发生在上轴瓦顶部的两侧边缘;结合轴心轨迹、润滑油填充率、润滑油填充率的变化率和液动油膜压力变化率可以有效识别穴蚀位置;连杆大头轴承的平均摩擦功率为0.44kW,最大粗糙摩擦功率仅为111.1mW,但对其瞬时摩擦功率的监测并不能判断局部的润滑状态;大头轴承的润滑热量散失以热传导为主要方式.     

进给系统成对安装的角接触球轴承热分析

考虑轴承的离心力、陀螺力矩等因素建立滚珠的动载荷平衡模型,利用牛顿-拉弗逊法求解.然后对轴承、丝杠轴、轴承座取温度节点,考虑轴承热节点之间的接触热阻并利用轴承内部温度变化结合润滑剂的黏温效应实时修正轴系热源发热量、热边界条件等特性参数,建立机床进给轴承系统成对安装角接触球轴承的瞬态热网络模型.利用差分矩阵结合Matlab软件数值求解预测出不同进给速度下轴承座表面等重要节点的瞬态温升曲线,分析不同转速下轴系温度场的变化.并对不同进给速度下的轴系安排实际工况下的试验验证,证明了预测模型的有效性.     

脱硫泵机械密封稳态温度场的有限元分析

机械密封温度场研究是热应力分析的基础,是影响机械密封工作寿命与密封性能的主要因素。通过建立密封环有限元模型,提出机械密封动、静环轴对称问题的有限元分析与稳态温度场计算方法,得出了密封环温度分布规律。并对接触面的热流密度、模型与介质的对流换热系数以及热流分配系数等物理量进行了分析。结果显示,温度变化主要集中在靠近内径的接触面附近的局部区域,该区域变形较大,且不利于密封环的散热。     

连续挤压成形过程仿真中的摩擦模型

基于连续挤压成形过程中的摩擦特点,分析了该过程的摩擦影响因素,建立了连续挤压成形过程的摩擦驱动力学模型,推导出摩擦泛函对总体刚度矩阵和荷载列阵的贡献,并且对连续挤压成形过程进行了计算机仿真。得出了有关连续挤压全过程的应力场、应变场和温度场分布。仿真结果与连续挤压成形过程中的摩擦特点相吻合。     

湿式离合器热负荷仿真研究

以综合传动装置中的湿式换挡离合器为研究对象,开展对偶钢片和摩擦片的热负荷仿真研究. 考虑了摩擦接触、热弹变形等边界条件,基于ABAQUS6.7建立了湿式换挡离合器总成的三维有限元模型. 揭示了摩擦片和对偶钢片在滑摩过程中温度场及应力场分布规律:其中盘面中部温升不明显,盘面两侧边缘温升明显,对偶钢片上的应力值随半径的增加而增大. 接触面不同区域的应力值随时间变化的规律不同,内环节点的应力值先增大后下降,外环节点的应力基本上一直增大.      

湿式换挡离合器温度场和应力场影响因素分析

针对液力机械传动装置中的湿式换挡离合器,研究结合过程中影响摩擦副温度场和应力场分布的因素.运用大型有限元软件ABAQUS建立湿式换挡离合器摩擦副三维有限元模型,建模过程充分考虑了摩擦副之间的摩擦接触、相对旋转运动和热机耦合等因素,并分析了摩擦副相对转速差、对偶钢片厚度和工作油压对于对偶钢片温度场和应力场分布的影响.结果表明,高转速差使接触面中部区域的温度和应力都增加,加大盘面上的径向应力梯度.在一定厚度范围内,增加钢片厚度会加大接触面温度场和应力场分布的不均匀性.较高和较低的工作油压均会改善盘面温度和应力分布,但都会对车辆性能带来不利影响.     

高效深磨加工中热渗透和瞬态分析

研究了高效深磨技术中的热渗透.研究发现,在高效深磨(HEDG)加工中,工件的热渗透层很浅,随着工作速度的增加,磨削热趋于集中在工件的表层,而且加工中这个表层被快速的去除, 从而传递给工件的热量较少,导致工件的磨削温度相当低.而对于长度较短的工件,可能达不到稳态条件,尤其在工作速度较低的情况下.     

金属氢化物反应器吸氢过程的热质传递特性分析

为了研究金属氢化物反应器内吸氢过程的热质传递特性,建立了圆柱形反应器的二维多物理场模型.新建立的模型考虑了换热流体流速与温度变化对反应器吸氢过程的影响,采用COM-SOL Multiphysics V3.5a软件来求解,并探讨了一些重要参数变化对反应器性能的影响.结果表明:接近换热管壁处的氢化物床的温度较低,吸氢反应更快,换热流体入口附近床层的吸氢反应比出口附近的快;减小氢化物床层与换热管壁面之间的接触热阻和增加氢化物床层有效导热系数都可以增强换热效果,从而加快吸氢反应,当接触热阻从0.002 m2·K/W减小到0.0005m2 ·K/W时,吸氢反应时间大约缩短了15.5％;采用强化换热措施可以减少吸氢反应时间,提高反应器平均功率.     

摩擦接触约束下的非刚性装配动态卡阻楔紧分析

在装配系统的整体运动规律及弹性接触变形条件下,对装配系统进行了近刚性接触分析.在库仑摩擦模型及单面接触约束模型的基础上建立装配系统的柔顺动力学模型,根据方程系统中系数矩阵的奇异性来分析相应的卡阻、楔紧现象,得出顺利装配的无卡阻运行空间以及随着设备承载能力的增大和材料弹性的增强,楔紧的发生几率减小的规律.     

接触热阻对高温换热设备管口区温度分布的影响

对高温换热设备管口区的传热进行了深入的分析。采用有限差分数值分析方法着重研究了管口区域内换热管与管板胀接面上接触热阻对管口区传热的影响，得到了管口区中的温度分布，并进行了相应的传热机理分析；还与未来考虑接触热阻时的计算结果进行了比较。     

多热源温度触觉复现装置的设计与实现

设计了一种能提供真实感的、基于物理意义的温度触觉复现设备.首先研究了人体与各种不同材质物体之间接触过程的传热过程,据此设计了一个可通过控制珀尔贴表面温度的变化来模拟这一过程的装置.该装置复现部分是由4个15 mm×15 mm的珀尔贴构成的4个独立热源,在温度控制部分增加了反馈和接触检测电路.系统能实现较高的升降温速率,通过对表面温度实时精确控制,可复现各种不同的温度变化曲线.在此基础上提出了一种创新的、基于温度补偿曲线的方法来模拟人手指触摸不同材质时的感觉.多热源复现装置小巧灵活,将来可方便地集成于机器人灵巧手上.最后,通过一系列的温度触觉复现实验,证明了本装置的有效性.     

新型锥面驱动超声电机的实验研究

为了解决传统超声电机运转不平稳,驱动力矩小的不足,提出了一种新型结构超声电机,它不同于以往电机定转子之间动态过程中为点接触的结构形式,采用了定转子之间动态过程为线接触的结构.设计出了电机整体结构以及驱动电路,并详细给出了电机运行的激励方法;应用有限元软件ANSYS计算出了电机定子的工作频率和模态,最后通过实验验证了此种新型电机的性能.     

螺栓法兰连接的数值模拟及接触收敛分析

螺栓法兰连接的数值模拟过程中涉及许多接触对,在处理接触问题时,收敛困难这一问题普遍存在.以使用ANSYS Workbench对齿轮压缩机法兰连接的有限元分析为例,详细分析了影响计算收敛性的主要因素:接触对的建立、接触类型和接触算法的选取,以及罚刚度大小.在模拟过程中,用非对称绑定接触模拟螺母与螺栓的连接,非对称摩擦接触模拟螺母与法兰,以及法兰之间的连接,线性施加预紧力的方式来模拟螺栓拧紧.在数值计算过程中,绑定接触采用罚函数法,摩擦接触采用增广拉格朗日乘子法.初次计算采用一个较小的罚刚度系数,然后根据计算过程中接触迭代计算和N-R残差检查情况,逐步增大罚刚度系数直至得到收敛的计算结果.计算结果收敛性好,接触面摩擦应力分布符合压应力分布规律且仅有少量的滑移,满足工程使用要求.为其他类型接触问题的分析过程中解决收敛困难的问题提供了参考.     

注蒸汽井井筒两相流流动模型的选择

准确地预测注蒸汽井井筒内蒸汽的压力、温度和干度等参数的变化,对注蒸汽热力采油来说非常重要。根据传热学和两相流原理,建立了井筒注蒸汽两相流动的数学模型。选择了四种方法来计算摩阻压降,并与现场测得的实际数据进行了比较。计算结果表明,采用分离模型的Ｆｒｉｅｄｅｌ方法和流型模型的ＢＢ方法均能得出比较理想的结果。     

用接触分热阻讨论接触热阻问题

为预测接触热阻,引入了接触分热阻概念,把接触热阻视为两个接触物体之间接触分热阻的串联,通过建立单热流通道上接触分热阻的截锥体模型及热流通道上的温度分布方程,研究了接触热阻中的三维传热现象。对该模型进行数值求解后得到截锥体接触模型上的温度分布情况,继而通过大量的数值计算,拟合出了一个求解单热流通道上接触分热阻的计算式。研究结果,在较大的范围内该式的计算值同数值解法的结果较为吻合,如果以这样单热流通道作为接触面上的当量单热流通道,则可以预测整个接触面上的接触热阻。     

Hastelloy C-276合金与硅钢间的瞬态接触换热实验研究

利用自制的瞬态接触换热系数测量装置对Hastelloy C-276合金与硅钢间的瞬态接触换热进行测试,通过对比校核点温度的实测值和计算值来验证测量装置和方法的可靠性,探讨试样初始温度和接触载荷对接触换热系数的影响.研究结果表明:校核点温度的实测值和计算值基本吻合,表明测量装置和方法可靠;当接触发生后,接触换热系数在很短的时间内快速增大,并随时间的增长,逐渐趋于稳定.接触换热系数随着Hastelloy C-276合金试样初始温度的升高而增大,随接触载荷的增大而增大,且接触换热系数与接触载荷近似呈指数关系.