温度与载荷对GH4169/5CrMnMo界面接触换热的影响

基于传热学基本原理建立合理简化的热接触模犁.应用稳态法,通过自制的实验设备埘GH4169高温合金与5CrMnMo模具钢的界面接触换热系数进行测量.根据实验数据归纳出接触换热系数的经验计算关系式,比较计算结果和实验结果.研究结果表明:接触界面温度变化范围为240-560℃,接触载荷能够达到15.68 MPa;接触换热系数随界面温度和接触载荷的增加呈现增大趋势,但在320℃和470℃附近出现换热系数的极小值,温度与载荷的作用是通过改变材料热物性及力学性能间接实现的;经验计算关系式满足幂律关系,引入修正系数a和δ后,能够合理地预测接触换热系数,计算结果与实验结果较吻合.     

角接触球轴承热特性分析及试验

为了预测并控制轴承运转过程中热态特性对进给系统精度的影响,基于球轴承拟静力学和摩擦生热理论,计算了包括自旋摩擦力矩在内的摩擦生热,分析了热传递方式,并建立了热传递模型和一种考虑接触热阻的球轴承组件有限元热结构模型。采用有限元法仿真轴承组件稳态温度场,搭建试验台测试了不同转速和载荷下轴承的稳态温度分布及轴向热位移。结果表明:转速和轴向载荷对轴承温升及轴向热位移影响较大,其中温升在10℃以内时,轴向热位移与温度线性关系明显;在温度场中,滚珠温度最高,内圈温度次之,外圈温度最低;仿真结果与测试结果相对误差在7%以内,可有效预测轴承在不同工况下的稳态温度场及轴向热位移。     

屈曲约束支撑线接触长度的简化计算

针对屈曲约束支撑,提出了核心单元与约束单元由点接触过渡到线接触时,线接触长度的简化计算方法.针对所采用的力学模型,利用轴心受压杆件的四阶微分方程,忽略不稳定的偶数阶反对称屈曲模态,并引入线接触终止点处杆件曲率为零的简化假定,推导了核心单元与约束单元发生线接触时的荷载变化范围以及挠度计算公式,重点讨论线接触段最大长度的简化计算.理论分析表明:线接触长度与核心单元和约束单元的间隙无关,仅与核心单元两端的约束情况有关;当核心单元两端采用铰接时,线接触段的最大长度为L/2(L为核心单元的长度),随着轴向荷载P的增大,将发生线接触段的再次屈曲;当两端采用固定连接时,线接触段的最大长度为L/3,随着轴向荷载P的增大,也将发生再次屈曲.该公式不仅物理意义明确,而且具有简单的表达形式,适合进行接触长度的快速求解.     

基于线性回归的架空导线热路模型集总参数辨识

为提高架空导线热路模型计算精度,设计了架空导线温升实验平台。在自然对流条件下,对不同载流时LGJ-240和LJG-400导线的热动态过程进行了实测。提出了基于线性回归分析的架空导线热路模型集总参数辨识方法,建立了热路参数与电流之间的函数关系。辨识结果表明:架空导线等效热阻与传统计算值较为接近,且随着电流的增加呈减小趋势;等效热容与传统计算值差异明显,不随电流单调变化,更具随机性;利用辨识方法得到的热容和热阻求解架空导线热路模型响应,误差小于1.28%,精度明显高于传统方法。     

考虑辐射影响的接触传热模型与分析

应用GW统计接触模型,建立了粗糙表面之间的接触导热模型. 与实验数据的对比分析表明:该模型能够正确地反映接触导热现象. 在此基础上,对接触表面进行了合理的简化,建立了接触界面间的辐射传热模型. 数值计算表明:当接触表面的温度高于400 K时,辐射的影响已不可忽略;载荷对接触导热热导的影响明显大于对辐射热导的影响,导热热导随载荷的增大迅速增大,而辐射热导以及等效辐射系数均随载荷的增大有所减小,这主要是由接触界面的空隙面积减少造成的;在接触面几何参数中,粗糙峰等效斜率对等效辐射系数起着主导作用,在相同的量纲1的载荷情况下,粗糙峰等效斜率越小,等效辐射系数越大;通过对本文提出的等效辐射系数的误差检验,结果表明其最大相对误差为10-3数量级,说明等效辐射系数仅仅为接触界面黑度、几何特性和接触载荷的函数,而与接触界面温度水平和温差无关,同时也间接证明了本文提出的等效辐射系数可以较为合理地描述接触界面间的辐射换热强度.     

弹塑性接触变形下的接触热导分形模型

接触热导会对机械结构的热变形产生影响继而会导致加工工件的加工精度,为探寻接触热导产生的机理,基于接触分形理论,研究并提出了在考虑弹性-弹塑性-塑性完全接触变形机制下的接触热阻的分形理论模型,得出了接触热导的相关影响因素并得出了接触热导与其影响因素之间的关系,并通过对模型仿真计算结果与实验实例结果的比较,验证了所建模型的正确性。     

测量金属-半导体接触电阻率的三点法

本文提出一种测量金属一半导体接触电阻率的方法——三点法.样品制备简单,无需台面绝缘,用硅进行实验验证,结果与文献报道的相符.实验表明接触电阻与接触半径在双对数座标中是一条斜率为“-2”的直线.     

考虑热探针接触热阻的热物性测量方法研究

提出了基于考虑接触热阻的热探针导热微分方程的精确解,利用蒙特卡罗反演和分层修正的热探针热物性测量方法,可以同时测量热导率、比热容等热物性参数.利用该方法,对一些液体和固体材料的热导率进行了测量,并与其他测量方法的结果进行了分析与比较.结果表明,采用该方法所得热导率具有较高的精度,平均测量误差约为1.1%;进而针对比热容反演精度较低的问题,论文采用分层修正方法后,比热容的平均测量误差可达到2.6%,精度有了较大提高.对测量结果进行比较发现,接触热阻对固体热导率影响较大,对液体热导率的影响可以忽略;接触热阻对比热容的测量结果的影响不大.     

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。     

梯度下降优化模糊系统的接触电阻预测方法

根据接触电阻的特点,将结合模糊逻辑的预测方法引入电气领域,提出基于模糊系统的接触电阻预测新方法.根据接触电阻与各影响因素之间的关系及研究目的进行试验,得到足量试验数据,将所有试验数据分成两部分,训练数据和测试数据.通过训练数据运用梯度下降算法训练模糊系统,调整模糊系统参数,建立相应的接触电阻模型,利用训练数据建立接触电阻的回归分析模型.通过测试数据对两种模型进行测试,基于模糊系统的接触电阻模型的测试结果优于回归分析.预测与比较结果表明:若能得到足量训练数据,用梯度下降算法训练模糊系统建立的接触电阻模型精确可靠.     

装配对角接触球轴承接触特性影响分析

为了探索角接触球轴承装配过盈和轴向预紧对接触特性的影响及规律,基于赫兹接触理论及假设条件建立球轴承接触角、接触尺寸和接触应力的理论计算模型,以7206C型角接触球为对象构建有限元装配接触模型,确定配合过盈量和预紧量的加载及约束方案。通过有限元解析和理论计算获得装配体中角接触球轴承的接触区域形状、接触应力和接触角数值。结果表明:配合过盈使接触区域成圆形分布,且接触应力低、接触角略小于初值;轴向预紧使接触区扩大成扁长椭圆状且接触应力较高、接触角明显大于初值;综合装配预紧使接触形状、接触应力和接触角趋于稳定,轴承支承刚度提高。     

接触式机械密封摩擦端面接触状态的仿真分析

为了准确揭示接触式机械密封摩擦端面的真实接触状态,基于三维分形表面的W-M函数描述软质环密封端面的粗糙行为.通过Mathematica软件生成的粗糙表面数据点,在ANSYS中进行粗糙表面实体的建模以及接触有限元分析.得到在外载荷作用下的真实接触面积,与M-B分形接触模型进行比较,变化趋势吻合较好.研究结果表明,随着外载荷的增加,真实接触面积呈非线性增加.该研究方法为进一步研究机械密封摩擦端面的摩擦热、磨损以及接触间隙等问题提供了新途径.     

基于接触电阻的GFET高频等效噪声表征与建模

本文提出了一种石墨烯场效应晶体管(Graphene Field Effect Transistors, GFET)的小信号等效电路模型,该模型考虑了金属-石墨烯界面的内部物理传输现象,即漏极与源极的接触电阻.提出了一种将接触电阻从等效电路中本征和寄生部分分离的方法,接触电阻有效且准确的分离能够模拟其对该器件截止频率fT和最大振荡频率fmax的影响.基于所建立的小信号等效电路,提出了GFET的高频等效噪声电路模型.噪声模型包括散粒噪声、热通道噪声和热噪声,基于这些噪声模型,在500 MHz～30 GHz的频率范围内通过噪声去嵌提取出本征噪声相关矩阵,利用其中的最小噪声系数(NF_min)得到接触电阻以及不同噪声源对高频噪声的影响.最终通过模拟数据与实测数据的验证分析,所提模型能够有效且准确的表征该器件的小信号特性以及高频噪声特性,并且接触电阻的影响不可忽略.     

考虑临界变形量变化的结合面法向接触刚度计算模型

考虑微凸体接触过程中临界变形量变化,建立结合面法向接触刚度计算模型.采用分形几何表征结合面的形貌特征,由表面形貌测量数据得到分形函数的分形参数D和G.采用弹塑性变形接触理论分析微凸体的接触变形特征,得到微凸体的临界变形量估计模型,其是分形参数和微凸体接触变形量的函数,进而得到考虑临界变形量变化的单个微凸体的接触刚度计算模型.由分形理论得到粗糙表面微凸体分布函数,微凸体分布函数与单个微凸体接触刚度计算模型结合得到结合面的法向接触刚度计算模型.通过对比计算结果与实验数据,验证了所提模型的合理性.     

接触模式对球床堆有效导热系数影响的数值分析

为了分析相邻颗粒的接触模式对有效导热系数的影响,数值分析了3种不同的接触模式下有序堆积球床堆的有效导热系数。首先采用间隙模型分析了不考虑接触导热下的球床堆有效导热系数,然后采用面接触和短圆柱模型分析了考虑接触导热下的球床堆有效导热系数,最后分析了不同温度下接触模式对球床堆有效导热系数的影响。计算结果表明,在不考虑接触导热时,间隙模型下的球床堆计算结果与ZS关联式吻合很好。当考虑接触导热时,由于受网格质量限制,面接触计算模型的接触半径较大,因此计算的球床堆有效导热系数与ZSK关联式的结果相比误差较大;采用短圆柱接触模式计算发现,接触半径越小,计算得到的结果与ZSK关联式的结果吻合越好,因此在网格生成质量允许的情况下,推荐使用较小接触半径的短圆柱接触计算模型。同时发现随着温度的升高,接触模式对球床堆有效导热系数的影响减弱。     

集总参数热路结合温度场和流场的电机永磁体温升分析方法

烧结钕铁硼永磁体电导率高,永磁体内涡流有导致永磁体热失磁的风险,因而电机永磁体的温升分析非常重要。该文提出一种基于集总参数热路的永磁体温升分析方法,用有限元法分析定子温度场得到定子等效热路参数,用计算流体动力学方法分析定子开槽下的气隙热阻。应用该方法分析了一台30kW 4极电机的永磁体温度,与红外测温结果相比,在永磁体涡流损耗较大的脉宽调制(PWM)电压激励的情况下,永磁体与定子外圆温度差的计算值与实验测量值相差小于3.7%。采用该方法能较准确地根据电机定子外圆温度预测电机转子永磁体温度。     

高速球轴承微接触弹流摩擦及生热分析

针对高速工况下整体法对于电主轴中高速球轴承中球-滚道间差动滑动摩擦生热量计算不准确、传统的局部法需要依赖大量成本较高的拖动力实验才能计算差动滑动摩擦生热的问题,提出了一种根据弹流润滑及微接触理论计算高速球轴承差动滑动生热量的模型。该模型根据弹流润滑微接触理论计算球-滚道接触区域中的摩擦切应力,在此基础上计算了球轴承内部的差动滑动摩擦生热及总生热量。通过对比验证发现,对于额定转速为14 000r/min的7008AC球轴承,当转速在5 000~20 000r/min工况范围内时,使用该模型的计算结果与基于拖动力实验的生热计算结果之间误差小于5%,当转速在20 000~40 000r/min工况范围内时小于23%,证明提出的方法能够在获得接触区域参数的条件下,不依赖于拖动力实验得到较为准确的生热量计算结果,增加了局部法生热计算的实用性。通过分析沟渠率半径等参数对球轴承生热的影响,指出应在考虑其他影响与设计要求的情况下,尽可能选用较大的内圈沟曲率半径系数及较小的外圈沟曲率半径系数。     

电器开关触头间的接触电阻分析

阐述了开关电器触头的接触电阻增大的原因及由此产生的后果,介绍了测量触头间接触电阻的方法,并提出了限制触头接触电阻增大的措施.     

基于类别方差的CCD缠度非接触测量研究

在火炮身管静态参数的检测中,膛线诸参数的识别和提取是一个重要的部分。文中对非接触缠度测量原理以及测量过程做了较为细致的分析;在对大量内膛图像分析与统计的基础上。提出基于类别方差的缠角测量算法。实测验证表明,该算法满足测量精度指标,具有通用性。最后,对系统以及实验结果做了不确定度分析。     

半刚性基层沥青路面层间接触临界状态值的计算方法

为了准确地模拟实际道路结构层的层间接触状态,计算荷载下道路结构层真实的应力、应变响应,采用分形理论和层间接触理论,对半刚性基层沥青路面层间接触状态进行微观分析;在此基础上建立了路面结构的层间接触模型,根据级配分形维数值的公式计算了沥青面层、半刚性基层层间接触临界值的大小.分析结果显示:在其他条件保持恒定的情况下,当层间有效接触面积大于临界值时,微观无数大小不同的接触点将处于弹性状态,宏观上路面结构表现出弹性性质;当层间有效接触面积小于临界值时,微观无数大小不同的接触点将处于塑性状态,宏观上路面开始发生塑性损伤变形.提出了依据级配计算路面结构层间接触状态值的方法,可以纠正我国道路结构设计规范里基于线弹性层状理论,假设层间接触完全连续或完全光滑与工程实践存在明显偏差情况,从而更清晰的分析路面微观结构与宏观路用性能之间关系.