车辆离合器局部高温区成因及影响因素理论研究

摩擦副表面的局部高温区会引起车辆离合器失效,基于热弹性不稳定性（TEI）理论,通过理论建模与分析的方法,得到系统稳定性的判断标准:临界速度及其变化规律,以及系统扰动的迁移速度. 通过对摩擦片与钢片的Peclet数分析,发现局部向于出现在对偶钢片. 通过对比临界速度,发现钢片呈现反对称变形. 采用较小弹性模量或者较大导热系数的摩擦材料,有助于提高系统稳定性,摩擦材料的热膨胀系数对稳定性影响较小.      

摩擦片材料和结构对制动器热弹性失稳影响

建立了二维摩擦制动器热弹性失稳(TEI)数学模型.基于反对称热点分布模式,采用扰动分析法研究了临界速度、扰动增长系数以及扰动迁移速度的变化规律,讨论和比较了摩擦片厚度、热物理特性参数和有限周向接触弧长对系统稳定性的影响.结果表明:临界速度随扰动频率呈先减小后增大的变化规律;扰动迁移速度在摩擦片和金属盘内随扰动频率呈相反的变化趋势,且扰动在具有较高导热系数的金属盘内的速度几乎为零;增加摩擦片厚度、导热系数、比定压热容和减小弹性模量均可提高滑动摩擦系统的热弹性稳定性.     

多片式离合器局部高温区成因与系统稳定性研究

离合器在接合过程中常发生热弹性不稳定性,这是导致摩擦副表面出现局部高温区的重要原因. 针对车辆换挡机构用多片式离合器,采用伽辽金法建立了离合器摩滑过程三维有限元分析模型,将温度场扰动变化问题转化为矩阵特征值问题,求解并通过试验验证了系统发生TEI时的临界速度、摩擦界面温度扰动增长率和温度场分布的相互关系. 研究表明,当离合器转速超过临界速度时,1 s内温度波动由3%上升到35%,对偶钢片表面沿圆周方向出现局部高温区,符合离合器实际使用过程中出现的表面热斑和烧损痕迹. 离合器对偶片及摩擦衬片厚度、半径、内外径比、摩擦材料的导热系数及弹性模量均对离合器热弹性不稳定性均有重要影响,摩擦材料热膨胀系数影响较小.      

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.      

材料物理参数对摩擦副热变形影响的研究

为了深入研究材料物理参数对液粘调速离合器摩擦副的热变形影响,建立了摩擦副的热机耦合数学模型,采用有限元法对液粘调速离合器应用于软启动工况时摩擦副的热机耦合过程进行求解,详细分析了热传导系数、弹性模量和热膨胀系数对摩擦副应力场分布的影响。研究结果表明:摩擦副内、外径产生反向轴向位移,位移场中可见碟形翘曲变形;增大对偶片和摩擦衬片的热传导系数均有助于减小摩擦副的热应力;减小对偶片的弹性模量或热膨胀系数能有效减小摩擦副各表面的应力。     

袁大滩煤矿风化岩土体冻结热参数及单轴压缩试验研究

袁大滩煤矿岩土体风化严重,冻结井筒施工设计需要依据风化岩土体的冻结特性和力学参数。目前对于风化岩土体的冻结热参数及力学性质缺乏了解,通过风化岩土体钻孔取样,对细砂、黏土、细粒砂岩、粉砂岩和砂质泥岩试件进行了比热、导热系数、结冰温度等热参数和冻结单轴压缩方面的试验研究。结果表明:风化岩体的结冰温度低于风化表土,而导热系数大于风化土体,黏土的比热和容积比热最大。随温度降低,岩土体的抗压强度和弹性模量均逐渐增大,泊松比逐渐减小,但对岩土体泊松比的影响相对较小;温度对细砂、黏土和粉砂岩抗压强度的增幅相对较大,对细砂、黏土、细粒砂岩和砂质泥岩弹性模量的增幅相对较大;随温度降低,岩土体的抗压强度、弹性模量和泊松比变化幅度均呈加快趋势。     

基于变异系数的盘式制动器热-应力耦合场研究

摩擦片材料属性影响着接触压力的不均匀程度,为了更精确地描述接触压力不均匀度,引入变异系数,以此来量化接触压力的不均匀性,并采用控制变量法探讨了变异系数随摩擦片材料属性的变化规律.研究结果表明:温度对接触压力的不均匀性影响很大,考虑温度影响后,接触压力变异系数由21.25%增加到49.51%,较大地增加了接触压力的不均匀性;摩擦片材料属性对变异系数影响明显,随着摩擦片弹性模量、热膨胀系数增加,变异系数逐渐变大;随着比热容、热传导系数、密度增加,变异系数逐渐变小.因此,适当降低弹性模量、热膨胀系数或增加比热容、热传导系数和密度,有利于改善接触压力的不均匀度,从而延长摩擦片使用寿命.     

高速多片湿式离合器带排转矩预测模型

车用高速多片湿式离合器摩擦副的流固耦合运动会引起摩擦片与钢片的轴向碰摩,使其产生较大的带排转矩,降低车辆传动系统工作效率.考虑摩擦副与间隙旋转流场之间的耦合运动关系,建立了摩擦副流固耦合动力学模型.分析了摩擦片与钢片碰摩过程,构建了摩擦副轴向碰摩模型,进而求得带排转矩.通过数值模拟研究了不同转速下的摩擦副非线性运动响应和带排转矩,并与实验结果进行对比.研究结果表明,随离合器转速的增加,在某一临界转速,摩擦副间发生轴向碰摩,摩擦副由稳定运动状态转变为混沌运动状态,此后离合器带排转矩随离合器转速的增加而逐渐增大.     

湿式多片离合器翘曲特性模拟与试验

根据湿式离合器摩擦片实际几何尺寸和约束情况,建立摩擦副温度场、应力场耦合模型和对流换热系数模型。应用ANSYS/LS-DYNA软件对摩擦副进行瞬态热结构耦合分析,对过载试验中产生的对偶钢盘热弹性失稳现象进行数值模拟。揭示了热点在对偶钢盘周向和2个摩擦表面上的分布情况,分析了热弹性失稳现象中对偶钢盘应力应变的分布,并对其应力分布规律进行测试。结果表明,局部热点和接触压力有相互促进作用,温度梯度产生的热膨胀和应力集中引起对偶钢盘的翘曲,热弹性失稳导致的热衰退使对偶钢盘破坏失效。     

液黏离合器摩擦副热屈曲特性仿真分析

为了研究液黏离合器摩擦副软启动过程中的热屈曲变形,建立了对偶钢片轴对称热传导模型和热屈曲模型,获得了温度场的分布规律,通过有限元法求解了对偶钢片的屈曲变形模态及临界屈曲温度,并分析了约束条件对热屈曲特性的影响。结果表明:软启动结束时对偶钢片温度及径向温差均达到最大值,温度沿径向方向先上升后下降,厚度方向不存在温度梯度;第一阶屈曲模态具有最低的临界屈曲温度,为锥形变形,轴向位移沿半径方向呈线性分布;约束条件能够改变钢片的屈曲模态以及降低临界屈曲温度,为避免液黏离合器摩擦副发生热变形和热失效提供一定的理论依据。     

二氮化铂高压结构相变，弹性和热力学性质的第一性原理计算

运用密度泛函理论广义梯度近似方法计算了PtN2在莹石结构（C1）,黄铁矿结构（C2）,白铁矿结构（C18）,CoSb2结构,简单六角结构（SH）,简单四角结构（ST）和层状结构（LS）的结构参数,弹性性质,电子结构和热力学性质。计算了平衡态晶格参数,体模量 和它的一阶导数。计算得到人焓表明,最稳定的结构为C2结构,其他的为亚稳态结构。而在我们研究的压强范围内没有发生相变。C2结构的态密度表明它是一种具有1.5eV带隙的半导体。另外,我们还预测了杨氏模量,泊松比和各向异性因子。弹性常数,体模量,切变模量,横向声速和剪切声速随着压强的增大而单调增大。德拜温度,热膨胀系数和热容随压强增大而增大。     

地下构筑物挡水效应对地表沉降参数敏感性影响分析

以比奥固结理论为基础,建立设置挡水构筑物与否的多种工况下的地面沉降有限元模型。计算分析开采不同含水层时地表沉降的特征,在此基础上设置逐渐深入地下的挡水构筑物,分析其挡水效应对抽水引起的地面沉降的影响。以最大地面沉降为指标,结合MATLAB编程计算,比较土体随机变量分布参数相对敏感性大小,并分析挡水构筑物对土体参数敏感性和结构可靠度的影响,最终加以公式推导验证参数敏感性的变化。结果表明:在边界不透水的情况下,开采含水层越深,地面沉降量越大,且挡水构筑物入深增大,最大沉降量和沉降差均增大;但是随着挡水构筑物深入地下,挡水构筑物两侧的地面沉降规律有所不同,开采井一侧为逐渐增大,另一侧足够远处为先增大后减小,沉降量变化幅值较小。影响地面沉降的土体参数按敏感性从大到小排序依次是弹性模量、渗透系数、泊松比、密度、内摩擦角,其中内聚力和孔隙比敏感性极小;分析挡水构筑物的设置对各参数敏感性的影响可知,土体渗透系数和与侧摩阻力正相关的参数(即泊松比、内摩擦角、内聚力)敏感性增大,其余参数敏感性减小,因此在分析地面沉降时,应适时考虑侧摩阻力的影响。地下挡水构筑物的设置和考虑弹性模量与渗透系数的正相关性计算得到的结构可靠度均减小。土层由侧摩阻力控制的沉降量大小取决于土层的沉降差和变形土层厚度。     

新型钢包的应力场及其影响因素模拟分析

以具有纳米绝热材料内衬的新型钢包为研究对象,通过建立三维有限元模型,运用ANSYS软件分析该种新型钢包与传统钢包在盛钢工况下的应力分布,并研究纳米绝热材料的导热系数、弹性模量、热膨胀系数对新型钢包应力场的影响。结果表明,盛钢工况下新型钢包的应力分布明显优于传统钢包,新型钢包包壳的最大应力比传统钢包包壳的最大应力减小22MPa;在一定范围内,新型钢包包壳的应力随纳米绝热材料导热系数和热膨胀系数的降低以及弹性模量的增大而逐渐减小。     

轴向柱塞泵滑靴副热平衡间隙及影响因素分析

为了改善轴向柱塞泵滑靴副润滑特性,考虑滑靴副与油膜之间的热传导关系,提出了一种基于控制体能量守恒定律的滑靴副热平衡间隙公式,讨论不同柱塞腔压力、缸体转速以及进口油液温度对热平衡间隙的影响.研究结果表明,滑靴副的热平衡间隙与材料的线膨胀系数和导热率成反比,影响材料的抗温升变形以及摩擦副的配合性能;滑靴和斜盘因表面温度升高而产生热膨胀,导致热平衡间隙显著减小,与柱塞腔压力、缸体转速以及进口油液温度成正比.因此,滑靴应该选取线膨胀系数和热导率大的材料,对于斜盘则正好相反,以减少滑靴表面磨损.     

岩石非均匀特性的DDA方法模拟

采用非连续变形分析(discontinuous deformation analysis,DDA)方法,根据Weibull分布函数引入岩石细观非均匀性模型,对巴西圆盘的劈裂实验进行计算机模拟.在非均匀性模型中考虑弹性模量、泊松比和强度参数的非均匀性.非均匀圆盘和均匀圆盘模拟结果的对比表明,非均匀模型的引入使得细观尺度下采用线性本构能够得到岩石的宏观非线性力学响应,并且非均匀性的引入使得岩石表现出更低的宏观强度特性.通过对比只考虑弹性模量、泊松比的非均匀性和同时考虑弹性模量、泊松比和强度的非均匀性的模拟结果,发现考虑强度非均匀性的巴西圆盘宏观强度更低且裂纹的产生更加分散.研究工作有助于对岩石非均匀和非线性特性的理解及其数值模拟分析.     

MX(M=Fe,Ru,Co和Rh, X= Si和Ge) 合金化合物的热力学性质和硬度的第一性原理计算

基于第一性原理,利用赝势平面波法分析MX型合金化合物的结构性质、弹性性质和力学稳定性。计算得到的MSi/Ge的结构参数和形成焓与实验结果以及其他理论计算结果相吻合,结果表明MSi/Ge具有热力学稳定性且易于合成。计算得到了MX型合金化合物的弹性常数、体积模量、剪切模量、杨氏模量、弹性各向同性指标以及泊松比。基于弹性常数,得到了CoSi/Ge和RhSi/Ge的德拜温度-压强曲线。基于计算硬度的半经验模型,计算了该系列物质的硬度。其中,RhSi、FeGe和CoGe具有较高的弹性模量和较低的泊松比,具有成为超硬材料的潜质。