固体润滑滚动轴承动态特性有限元分析

参照卫星驱动机构使用的C36018固体润滑角接触球轴承,建立了三维模型,借助ABAQUS有限元软件,对固体润滑滚动轴承进行显式动力学仿真分析,得到了不同转速和轴向力下轴承各部件的动态接触应力及滚珠和内圈的运动状态,并与无涂层润滑条件下的结果进行了对比分析.结果表明:轴向载荷增加,轴承各个部件的应力幅值都有所增大,滚珠和保持架开始转动所需的时间缩短;转速增加,接触区域应力峰值变化频率增大,但对应力幅值的影响很小;具有固体润滑涂层的滚道接触面,在与滚珠发生接触时,涂层发生弹性变形,接触面积增大,接触应力减小,可以有效地保护轴承.     

塑性变形在淬硬钢磨削白层形成中的作用机理

对淬硬轴承钢GCr15进行了磨削实验,采用热电偶和三向压电晶体测力仪测量了磨削温度和磨削力.通过X射线衍射仪对磨削表面残余奥氏体含量、马氏体亚晶粒尺寸以及微观应变进行了分析.通过有限元分析软件仿真计算了工件表面的接触应力和应变,讨论了塑性变形在磨削白层形成中的作用.结果表明:法向磨削力引起材料的强烈塑性变形和高接触应力;工件表面高的接触应力能降低材料相变温度,促进相变的发生;强烈的塑性变形能细化晶粒作用;磨削白层的厚度随着塑性变形的增加而增加,而其亚晶粒大小随塑性变形的增加而减小.     

基于模型试验的陡坡段基桩水平循环响应特性分析

为探究陡坡段桥梁基桩水平循环响应特性,设计并开展了不同循环次数、荷载幅 值和坡度条件下的水平循环受荷陡坡段基桩模型试验. 通过对比实测弯矩推导的地基反力分 布与实测地基反力分布,验证了实测数据的可信性,进而分析了桩顶水平位移、桩顶偏转角、 桩身弯矩及地基反力分布的演化规律. 结果表明：桩顶水平位移由弹性变形和塑性变形组成, 弹性变形基本保持不变,塑性变形随循环次数的增加而非线性增大,增加率逐渐减小,即塑性 安定;桩顶无量纲位移和桩顶转角均随循环次数的增加而非线性增大,且桩顶无量纲位移的 上包络线均可用幂函数y0/D=An0.11拟合;陡坡段基桩的单向水平循环响应主要受前100次循环 加载影响;桩身最大弯矩和最大地基反力均随荷载幅值和坡度的增大而增大,二者的位置均 随坡度增大而下降,但几乎不受荷载幅值影响.     

接触分析在机车车辆零部件设计中的应用

采用大型有限元分析软件ANSYS对动力分散式客车转向架导柱的接触应力状态进行了有限元仿真,分别分析了预紧力和配合过盈量对接触应力的影响.分析表明导柱的最大接触应力随着预紧力的增加而几乎成线性增加,导柱在配合部位的接触应力随着配合过盈量的增加不但其值增加,而且最大接触应力点的位置也相应改变,这对于改进导柱的设计,提高导柱的寿命,具有实际参考意义.     

榫式连接拼装RC柱轴压性能数值分析

利用ABAQUS有限元软件对轴压荷载作用下榫式连接拼装RC柱进行非线性有限元模拟,并进行试验验证。利用验证的有限元模型研究不同上柱段榫柱宽度及锥形界面倾角的拼装RC柱轴压性能,分析拼装RC柱的荷载-变形关系、荷载-应变关系、不同部件的内力分配、界面接触应力和轴压承载力,研究上柱段榫柱宽度及锥形界面倾角对其受力性能的影响。研究结果表明:上柱段锥形界面中越靠近根部,其接触应力越大,上柱段榫柱侧面的接触应力接近于0 MN,锥形界面的接触应力随倾角增大而减小;在峰值荷载时,各部件共同提供轴压承载力;超过拼装RC柱的轴压承载力主要由榫柱混凝土与纵筋承担,后浇段混凝土承担的轴压承载力迅速降低;在其他参数不变的情况下,拼装RC柱轴压承载力随上柱段榫柱宽度增大近似呈线性增大;当上柱段锥形界面倾角小于30°时,倾角对拼装RC柱后浇段纵筋的应变发展和轴压承载力的影响较小,同一横截面上纵筋的应变发展协调;当上柱段锥形界面倾角大于30°时,拼装RC柱轴压承载力随倾角增大近似呈线性减小,榫柱纵筋与后浇段纵筋的应变发展差异增大;根据有限元和理论分析结果得出拼装RC柱的轴压承载力公式,计算结果与有限元结果吻合较好。     

偏磨抽油杆接箍力学性能及承载能力分析——以塔河油田抽油杆接箍断脱为例

针对塔河油田抽油杆接箍在采油生产过程中,易发生磨损现象,而导致抽油杆接箍断脱失效的问题。以直径为25mm抽油杆,基体材料为35CrMo接箍为研究对象,考虑接箍壁厚受磨损程度的影响,应用有限元方法,开展抽油杆接箍在拉压载荷作用下受力分析和承载范围分析。通过拉压试验测试和数值模拟结果对比分析并验证数值方法可靠性基础上,开展了拉压载荷在20KN-250KN下不同磨损量抽油杆接箍的力学性能分析。研究表明,等效应力和接触应力均随着载荷增大而增大,无磨损接箍在受力范围内均能满足应用要求。但由于接箍出现偏磨,其等效应力与接触应力分布对称性变差,且磨损严重时,其承载能力严重下降,断脱风险加大。     

射孔水压裂缝在层状页岩的扩展机制

为明确射孔水压裂缝遇页岩层理面的扩展机制,基于弹性力学和断裂力学相关理论,建立射孔水压裂缝在层状页岩扩展的应力分析模型,并对裂缝偏转角、偏转裂缝在页岩和层理面扩展的临界水压进行分析,进而结合数值模拟,研究偏转裂缝遇页岩层理面的扩展机制的影响因素。结果表明:偏转裂缝遇页岩层理面的扩展机制主要取决于水平主应力差、射孔角度、层理面角度、页岩力学性质及层理面黏聚力等因素;若最大水平主应力方向与层理面夹角不大,偏转裂缝随水平主应力差的增大,由直接穿过层理面逐渐转化为沿层理面扩展;随着射孔角度、层理面角度和层理面黏聚力的增大,偏转裂缝的扩展模式则会发生相反变化;射孔段与层理面夹角越接近90°,偏转裂缝同时穿过层理面和沿层理面扩展的倾向性越大,越易形成网状裂缝。     

埋深与围岩质量对隧洞围岩稳定性的影响探究

采用有限元方法,初步研究了隧洞在埋深为33,233,433 m时,在Ⅰ～Ⅴ级围岩的受力、塑性变形和位移变化.研究发现,在同一埋深下,随着围岩破碎程度的增加,围岩的受拉区和塑性变形区逐渐从拱顶、底向边墙转移,并可能在边墙处发生拉应力突增现象,突增幅度随埋深的增加而增大.隧洞的拱顶、边墙和拱底都会产生较大位移;随着埋深的增加和岩体的破碎,拱顶和拱肩的位移会超过其他部位.计算结果和已有的模型试验结果相比较,论证了研究方法和结论的合理性.     

堆积型滑坡地震响应的离心模型试验

基于离心振动台模型试验,采用Taft波激励,不断增大其幅值,研究不同强度地震波作用下堆积型滑坡地震响应特征,对比分析了汶川地震清溪台站基岩波结果的异同.结果表明:坡面水平向和竖直向峰值加速度放大系数均随坡高增加而增大,呈现高程放大效应;坡体内水平向峰值加速度放大系数分布与坡面不同;坡面对输入地震波有反射作用并呈现坡面浅表放大效应;基岩水平向加速度随高程增加存在增大现象,与地震动输入相比,均有缩小现象.同一高程处,坡面水平向与竖直向、坡体内及基岩水平向峰值加速度放大系数随地震波幅值的增大其变化规律不同.     

海底管道中泡沫清管器接触应力有限元分析

为分析清管器在海底管道中的清洁能力,以泡沫清管器为研究对象,基于有限元软件ANSYS建立清管器与管道的3维模型,进行数值模拟,并通过与理论解析解对比以验证模型准确性。在此基础上,从清管器接触应力分布出发,对泡沫密度、管道椭圆度、清管器过盈量、管壁摩擦等影响因素进行研究。结果表明:清管器在无损的均匀直管内接触应力均匀分布、在椭圆管道内则呈"8"字型不均匀分布;接触应力随清管器过盈量的增大而增大,但过盈量对清管器表面接触应力分布形式无影响;管壁摩擦使得清管器表面轴向接触应力分布不均匀,且接触应力随摩擦系数增大而指数增大;清管器密度只影响接触应力大小,对接触应力的分布规律无影响。     

深沟球轴承内、外沟曲率系数对接触应力和变形的影响

讨论轴承接触问题的性质,分析深沟球轴承的接触应力与变形的计算方法.利用ANSYS参数化语言APDL建立深沟球轴承的三维有限元模型.通过接触边界条件的处理,得到深沟球轴承内、外沟曲率系数对接触应力和变形的影响.结果表明:轴承的径向变形随内、外沟曲率系数的增大而增大,当内、外沟曲率系数fi≤0.51,fe≤0.515时,内、外圈接触应力呈减小趋势;当fi0.51,fe0.515时,内、外圈接触应力呈增大趋势.为合理选择内、外沟曲率系数提供科学依据.     

不同因素对机械弹性智能车轮加速度信号的影响

为了研究不同滚动工况对机械弹性智能车轮加速度信号的影响,采用有限元分析方法研究速度、附着系数、载荷对接触应力和加速度信号的影响以及车轮不同位置的加速度信号的差异性。结果表明：速度和地面附着系数对法向接触应力分布影响不大;路面附着系数增大导致摩擦应力分布的不均匀性增加,载荷增大导致接地区域接触应力最大值增大。车轮速度增大,加速度峰值幅值增大,加速度峰值时间间隔减小;载荷增大,加速度峰值时间间隔增大;纵向附着系数功率谱能对地面附着系数进行区分;輮轮中间加速度信号更适合用于侧偏特性研究,通过侧向加速度信号积分得到侧向位移,可用于侧偏角估算。     

油套管特殊螺纹球面对锥面密封性能理论分析

针对油套管特殊螺纹球面对锥面密封结构,基于Hertz接触理论建立了考虑密封面作用扭矩的球面密封接触应力理论模型,研究了球面半径、管体球面弹性模量和密封面作用扭矩对密封面接触宽度和接触应力的影响规律并提出改善球面密封性能的措施,结果表明：随球面半径增加,密封面接触宽度呈抛物线增大,接触应力呈指数减小,且密封面应力分布趋于均匀;随球面弹性模量降低,密封面接触宽度增大,接触应力减小;随密封面作用扭矩增加,密封面接触宽度和接触应力均呈抛物线增大。为提高球面密封性能,建议适当增大球面半径、对球面熔覆合金以降低其弹性模量,同时合理控制密封面作用扭矩,从而增大密封面接触宽度并适当降低密封面接触应力水平。研究结果对优化密封结构、控制上扣扭矩以及提高螺纹密封完整性具有重要理论指导意义。     

饱和软土场地格栅加筋路堤地震动力响应分析

为探讨饱和软土场地中格栅加筋路堤地震动力响应特性规律,基于大型通用有限元分析软件ADINA,建立了饱和软土地基上格栅加筋路堤的数值分析模型,研究了布筋方式、筋材弹性模量与间距及路堤填料性质对格栅加筋路堤地震动力响应的影响规律.结果表明:增大筋材弹性模量可有效提升路堤动力稳定性,且筋材越靠近路堤底部其效果越显著;随着加筋层数增加,加筋效果提升率有所衰减;增加填料摩擦角和填料黏聚力可提高加筋路堤动力性能,但填料土性参数达到一定幅值后,其变化所引起动力性能提升效果降低.     

应力比对铝钢复合材料界面Ⅰ型裂纹应力强度因子的影响

以铝钢复合材料的Ⅰ型界面裂纹为研究对象,运用节点位移外推法求解复合材料Ⅰ型界面裂纹的应力强度因子,得到的应力强度因子通过节点位移表示.对应力强度因子进行有限元数值模拟,研究应力比和应力强度因子之间的关系.研究结果表明:在同一应力比条件下,应力强度因子随裂纹尺寸比的增大而增大;在同一裂纹尺寸比条件下,应力强度因子随应力比的增大而增大.     

基于ABAQUS的W形金属密封环密封性能研究

W形金属密封环作为航空工业中使用的一种重要密封手段,其密封性能不仅影响着航空发动机性能,还对整个动力系统的安全有着至关重要的影响。利用ABAQUS建立W形密封环的数值分析模型,以Von-Mises应力和接触应力来表征其密封性能,分别研究工况环境以及结构参数对W形密封环密封性能的影响规律。研究表明,随着工况温度的升高,Von-Mises应力和接触应力逐渐变小;在一定范围内,随预压缩量的增加,Von-Mises应力和接触应力会随之增大,密封性能愈好;随介质压力的增加,Von-Mises应力呈现先减小后增大,而接触应力逐渐增大;同时,在一定范围内,随W形金属密封环壁厚增加,Von-Mises应力和接触应力随之增大,随着波峰半径增加,Von-Mises应力和接触应力随之减小,而随着波谷半径增加,Von-Mises应力逐渐减小,接触应力会先减小后随之增大。     

铁磁材料应力-磁化性能的相关性

针对受外力作用的铁磁材料,应用微磁学理论,从最小能量原理出发,采用拉格朗日乘子法推导了应力作用下的应力-磁化矢量的描述方程,得出应力-磁化率关系表达式。以条形单晶铁为例,编写三维有限元程序,计算得出应力平行和垂直于外磁场情况下单晶铁磁体内部的磁化矢量分布及应力-磁化率关系曲线,计算结果表明在应力作用下磁化矢量发生偏转,受拉时磁化矢量向外磁场方向偏转,磁化增强,磁化率随应力增加而增大;受压时磁化矢量向背离外磁场方向偏转,磁化减弱,磁化率随应力增大而减小;且各向异性磁化率与应力施加方向相关。     

压缩式封隔器胶筒接触力学行为有限元分析

以Y341-114型压缩式封隔器为研究对象,基于Mooney-Rivlin橡胶本构模型,对封隔器胶筒的非线性接触力学行为进行有限元模拟,分析了胶筒轴向压缩距及胶筒与套管壁间接触应力分布与坐封载荷之间的关系。仿真结果表明,封隔器胶筒与套管壁间的接触应力和胶筒轴向压缩距均随坐封载荷的增大而增大;坐封载荷较高时,上胶筒与套管之间的接触应力最大,起主要密封作用的是上胶筒;坐封载荷较低时,中胶筒与套管之间的接触应力最大,起主要密封作用的是中胶筒。     

既有隧道不同扩挖宽度下锚杆参数的优化

以黄山洞隧道工程为依托,通过对现场数据的监测和利用有限元分析软件Midas GTS NX进行数值模拟,分析了不同扩挖宽度下隧道拱顶沉降值、周边收敛值和围岩有效应力变化的规律,并改变锚杆的长度和锚杆间距,分析在不同锚杆长度下围岩有效应力、衬砌应力以及锚杆应力的变化规律,确定了不同扩挖宽度下最优的锚杆长度和锚杆间距.研究结果表明：随着扩挖宽度的增加,围岩有效应力由大至小依次为拱脚处压应力、拱腰处压应力、拱顶处压应力和仰拱处拉应力;拱顶处压应力随扩挖宽度的增大而减小,拱腰处压应力随扩挖宽度的增大而增大,但增大趋势不明显;受单侧扩挖方式的影响,扩挖侧的应力大于非扩挖侧;拱脚处受到应力集中的影响,其压应力随着扩挖宽度的增大而增大;扩挖宽度为1.5～2.5 m时的最优锚杆长度和间距分别为2.5 m和1.7 m,扩挖宽度为3.5～4.5 m时二者分别为3.0 m和1.2 m.     

考虑高差覆冰输电线路链式脱冰振动

输电线路是电网中重要的生命线工程,覆冰荷载是输电线路最大威胁之一.以国网新疆电力科学研究院某工程为研究对象,采用商业软件ANSYS进行输电线路的有限元数值仿真,通过冰单元生死技术实现对覆冰输电线链式和同时脱冰振动的有限元分析,得到等高差和有高差下单跨输电线脱冰跳跃高度的规律,由此与缩尺模型实验结果进行对比分析.研究表明:链式和同时覆冰导线脱冰模拟结果与实验吻合很好,相差在5%以内,证明了模拟方式的准确性;在等高差链式脱冰下,随着脱冰速度的增大,最大脱冰跳跃高度会增大逼近到一个定值,而最大轴力不随脱冰速度变化而变化.有高差链式脱冰情况下,保持初张力不变时,随着高差的增大,跨中最大脱冰跳跃高度近似指数增大,链式脱冰的最大跳跃高度逐渐逼近同时脱冰的跳跃高度值;高差的存在会加剧输电线的上翻情况,也即是脱冰跳跃最大高度大于覆冰后的垂度,可以通过降低输电线的初张力或者覆冰厚度来减少上翻情况的发生,降低危险隐患.