弹性流体动力润滑状态下线接触滚动副表面层的应力及接触疲劳寿命

线接触滚动副早期失效主要是由于接触表面的润滑不良．使得表面粗糙度波峰相 互接触而产生磨损及表面破坏．但在润滑良好的情况下，由于接触表面压力分布的变化．在某些 工况参数下．接触副的疲劳寿命出现降低现象．本文通过数值方法，对ｎ种典型工况参数下接触 副表面层的应力分布进行计算，分析了接触副的疲劳寿命，提出了弹性流体动力润滑应用中合理 选择工况参数的必要性．     

弹性流体动力润滑状态下线接触滚动有面层的应力及接触疲劳寿命

线接触滚动副早期失效主要是由于接触表面的润滑不良，使得表面粗糙度波峰相互接触而产生磨损及表面破坏。但在润滑良好的情况下，由于接触表面压力分布的变化，在某些工况参数下，接触副的疲劳寿命出现降低现象。     

重载下滚动直线导轨副的接触特性

针对现有数控机床滚动直线导轨副的研究仅限于外力小于临界力时的情况,求解了当外力大于临界力时的静力学特性参数。假设在轻载下,滑块和直线导轨都给滚珠施加相等的压力,则滚珠的压缩变形量是传统结果的2倍,据此对外力小于临界力时的刚度公式进行了改进。考虑在重载下上滚珠受力但下滚珠不受力,建立了滚动直线导轨副的刚度公式,从而构建了外力小于临界力以及大于临界力时的完整刚度公式,并通过有限元法获得了滚珠与滚道之间的接触应力和接触变形量。理论分析表明:导轨副在轻载下,上滚珠力是外力的隐函数,但外力是上滚珠力的显函数;在轻载和重载的整个范围内,导轨副的所有静力学特性参数都是上滚珠力的显函数。仿真结果表明:当外力小于临界力时,上滚珠力和刚度均随预载荷等级的提高而增大;当外力大于临界力时,导轨副刚度随外力的增大而增大,上滚珠力和刚度都不依赖预载荷等级;上滚珠力随外力的增大而增大,下滚珠力随外力的增大或预载荷等级的降低而减小;上滚珠刚度随外力的增大而增大,下滚珠刚度随外力的增大而减小。推导的完整刚度公式可为分析数控机床滚动直线导轨副的接触特性提供参考。     

基于三维弹性体滚动接触理论的轮轨非平面接触算法

基于Kalker的三维弹性体滚动接触理论,结合轮轨非平面接触几何关系,提出了最小余能方程中影响系数的修正公式。考虑轮轨非平面接触时法向与切向存在的相互作用,对最小余能方程进行离散化。以总余能最小为目标,将离散方程的求解转化为非线性规划问题,并提出了求解算法。利用有限元方法验证了所提算法的准确性。最后,研究了钢轨在不同磨耗状态下的轮轨接触特性。结果表明,在不同磨耗、相同横移量条件下,随着磨耗的增加,轮轨的轨距角接触由两点接触过渡至共形接触,最大接触应力减小,接触斑变得狭长,接触面积增大。     

弹性滚柱与刚性平面稳态滚动接触问题的边界元分析

用边界元法分析弹性滚柱与刚性平面的接触问题,需要采用迭代算法。文章在小变形、不计惯性力及摩擦力服从库仑摩擦定律的前提下,采用凝聚法计算大大缩短了迭代时间;针对边界元法中近边界点的几乎奇异积分,文中采用一种新的正则化技术,将奇异积分化为无奇异的规则积分与解析积分之和,成功地求解了滚柱内近边界点的力学参量。     

基于弹性接触的共轭梯度算法

为了解决有约束的基于共轭梯度二次规划算法的多次迭代问题,结合共轭梯度算法和有效集策略,提出了一个新的算法模型,通过对变量的截取(使用Polak-Bibiere公式)来避免重新开始共轭梯度算法,在大规模的弹性接触问题中,大量的结果表明了这个算法的有效性。     

线接触载荷下材料非均质特性对滚动接触疲劳的影响

滚动接触疲劳是滚动轴承和齿轮等机械传动零部件极易发生的一种典型早期失效方式.此外,工程材料中不可避免存在杂质、夹杂和空洞等缺陷,严重影响接触副材料的性能.文中利用数值化等效夹杂方法分析x-z方向截面为椭圆形、正方形、正三角形等不同形状的杂质对基体材料应力场的影响,并以体积应力积分量化疲劳,探究非均质材料发生滚动接触疲劳的规律.结果表明,分布杂质的形状、弹性模量、深度、体积分数及摩擦系数等都对线接触载荷作用下非均质材料的体积应力积分具有重要影响.     

弹性支承隔振可行性准则探讨

综合论述了利用弹性支承进行隔振的可行性,采用惯性平衡振幅的概念,建立了隔振可行性准则——平衡指标;并将平衡指标和国际标准ISO. No1940中规定的振动烈度建立了直接数值关系,可为振动控制中的隔振设计标准提供参考。     

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。     

滚动接触作用下钢轨表面裂纹扩展机理分析

为了分析车轮纯滚动接触作用下的钢轨表面裂纹扩展机制,建立含表面裂纹的轮轨滚动接触疲劳计算模型,获得15t轴重作用下钢轨表面裂纹长度由0.1mm扩展到2.0mm全过程的裂纹尖端应力强度因子变化规律.基于复合型断裂准则和Paris疲劳扩展理论,分析钢轨表面裂纹扩展规律.分析结果表明:在微裂纹扩展至可见裂纹阶段,钢轨表面疲劳裂纹属于Ⅰ-Ⅱ复合型裂纹;随着裂纹长度增加,应力强度因子K_Ⅰ先迅速增加,然后逐渐减小,而KⅡ在裂纹扩展全过程中呈增加趋势;裂纹萌生与扩展初期以张开型为主,随着裂纹长度增加,其扩展形式向滑开型转变;当裂纹扩展至0.3~0.5mm间时,倾向于向上扩展导致剥离掉块,该扩展趋势与现场服役钢轨剥离路径较为一致.     

滚动接触约束下机器人多指操作的协调运动规划

在多指手操作物体时,需要根据物体的运动规划各手指的运动,当手指与物体与滚动接触时,这一问题显得非常复杂目前。主要采用基于运动学的速度控制方法和主从规划方法,文中分析了这两种方法,指出它们都不是真正的协调运动规划,通过引入最优抓取所确定的抓取姿态集合约束和衡量抓取质量指标的函数,在不同的条件下,提出了不同的协调运动生成算法,通过应用香港科技大学多指灵巧手进行实验研究表明,在同样的操作任务下,协调运动     

轮轨滚动接触问题的研究现状

随着高速铁路的不断发展,轮轨滚动接触问题愈加突出,因此,倍受国内外学者的关注。轮轨滚动接触问题涉及的范围较广且较为复杂,并在一定程度上引发轮轨的疲劳损伤和波浪形磨损等破坏形式。基于理论分析和试验研究两个方面,着重对轮轨滚动接触的发展历史和研究现状进行了总结和分析,并综述了轮轨滚动接触疲劳和钢轨波浪形磨损的研究现状。从现有的研究成果来看,轮轨滚动接触理论已相对较为完善,而对于高速铁路轮轨滚动接触疲劳损伤的形成机理研究仍未形成系统的理论体系。     

非线性刚度弹性材料隔振能力分析

在隔振理论研究中,往往把弹性材料的刚度看成常数。进行分析、计算。实际上工程中应用的大多数弹性材料(毛毡、橡胶、木材、聚乙稀泡沫塑料、瓦楞纸等)的刚度不仅不是常数,而且其数值随负载的增加非线性的增加,称这类材料为非线性刚度材料。本文以聚乙稀泡沫塑料为例,通过实验获得材料的刚度——负载曲线,分析计算材料的隔振能力以及确定材料的极限负载。     

基于边界积分方程求解二维移动滚动接触问题

工程机械中,由于接触体之间的相对运动造成的损伤或疲劳一直是研究的重点。然而相对运动中,接触相对位置不断变化。为保证接触区应力精确模拟,需对所有可能接触区网格进行加密。为避免这一问题,采用网格更新法,保证仅当前时刻可能接触区网格需加密,并保证接触区节点一一对应。同时采用旋转坐标系法,推导出边界积分方程移动滚动前后时刻的等价性,避免积分重复计算。基于上述方法,提出二维移动滚动接触问题解方法并利用数值算例证明本文方法的有效性。     

轮轨滚动接触疲劳寿命的计算方法

对列车车辆轮轨滚动接触进行了分析,指出在滚动过程中其接触点位置具有随机性,可以用正态分布规律进行描述。在此基础上,利用LM型踏面车轮与CHN60钢轨发生接触的接触点位置和接触应力计算方法,构建了能够对轮轨滚动接触过程中车轮表面接触点位置、接触次数和接触应力进行计算的方法。应用疲劳损伤积累假说和疲劳曲线方程,构建出能够对实际线路上的车轮表面各点疲劳寿命损伤进行计算的数学模型。应用该模型,针对具体的铁路线路进行了算例计算和研究,得出了车轮的理论疲劳寿命,并对直道和弯道行驶过程中,不同接触位置所形成的疲劳损伤程度进行了计算和分析。     

高速轮轨瞬态滚动接触行为的研究

该研究建立了三维瞬态滚动接触有限元模型,用于求解速度高至500 km/h的轮轨瞬态滚动接触行为。该模型考虑了轮轨的真实几何形状,可引入任意接触面不平顺、黏着系数(或摩擦系数)沿钢轨纵向的波动及相对滑移速度对黏着系数的影响,并可考虑材料的非线性行为。不同的切向接触载荷,即不同运动状态下的车轮所承受的驱动或制动力,由施加于车轴的随时间变化的扭矩来控制。模型采用显式有限元方法,其条件稳定特性决定了计算时间步长需取值极小,这使得该模型适合于时域内求解轮轨高速滚动过程中的高频动态或瞬态现象,如分析轮轨接触表面短波长缺陷处(钢轨焊接接头、波浪形磨损和车轮扁疤等)的轮轨瞬态冲击响应。另外,模型中充分考虑了车辆转向架和轨道子系统的主要部件,数值重现了三维轮对的真实滚动行为,因此车辆—轨道的耦合作用、与高速滚动相关的自旋、陀螺仪效应等因素均包含于模型之中。过去一年多,应用上述三维高速瞬态滚动接触有限元模型进行了一系列研究。不同速度的模拟结果发现,500 km/h以下速度对光滑接触表面上压力分布的影响可以忽略,而相应的应变率随速度增加而增加。针对很多国家出现的钢轨表面塌陷现象,即钢轨接触带内出现的具有两瓣特征且第二瓣更大的局部滚动接触疲劳损伤,也进行模拟研究,结果显示其发生应该与轨下胶垫的刚度有很大关系。车轮滚过钢轨短波波磨的瞬态接触结果显示,轮轨接触力在波磨段呈现出明显的波动,且当波深足够深时,接触状态会在滚滑—滑动—滚滑间反复震荡,从而导致V-M应力与摩擦功的波动。跟传统的基于多体动力学的车辆—轨道耦合动力学结果相比,发现传统模型夸大了轮轨间的接触刚度。另外,随相对滑动速度变化的摩擦力模型被发现对轮轨间的切向滚动接触具有重要的影响。     

表面超声滚压加工对配气机构凸轮轴材料滚动接触疲劳性能的影响

为提高某型号发动机配气机构中凸轮材料C53钢的滚动接触疲劳性能,对材料表面进行不同静压力(分别为400,600,800和1 000 N)的表面超声滚压加工(SURP),并分别对加工前后材料的表面形貌、表面粗糙度、显微硬度、表面残余压应力及接触疲劳等性能进行对比研究。研究结果表明:与未加工试样相比,经过SURP的试样其以上各性能都明显提升,其中,当静压力为600 N时,对材料各性能增强作用效果最好,包括使其表面质量最高,显微硬度(HV_(0.2))可由583.4(未加工)提升至661.1(SURP),表层残余压应力从-327.8 MPa(未加工)提高到-1 437.6 MPa(SURP),并具有最长的滚动接触疲劳寿命;额定寿命(L_(10))、中值寿命(L_(50))、特征寿命(L_(63.2))分别为6.419×10~6,8.535×10和9.250×10~6转,分别为未加工试样相对应寿命的7.4,4.8和4.2倍。由此可知,SURP静压力为600 N对该种凸轮轴材料的疲劳性能提升作用最显著。     

基于螺旋理论的机构弹性的几何分解

介绍一种对模拟机器人弹性的６×６刚度和柔顺矩阵进行对角化的几何分解方法．采用螺旋理论，从三个正交的外载螺旋柔顺轴和三个正交的变形螺旋柔顺轴推导得一个相似变换，对角元素是线性及旋转柔顺和刚度的静态值．这与应力、应变及转动惯量的主轴和主值类似，证明了对非奇异及奇异情况，分解总是存在的，并给出了分解表达式．     

基于螺旋理论的机构弹性的几何分解

介绍一种对模拟机器人弹性的６×６刚度和柔顺矩阵进行对角化的几何分解方法。采用螺旋理论，从三个正交的外载螺旋柔顺轴和三个正交的变形螺旋柔顺轴推导得一个相似变换，对角元素是线性及旋转柔顺和刚度的静态值。这与应力、应变及转动惯量的主轴和主值类似，证明了对非奇异及奇异情况，分解总是存在的，并给出了分解表达式。