椭圆管道与连接器过盈装配应力有限元分析

基于组合厚壁圆筒理论和管道与连接器过盈装配有限元计算,分析了海底椭圆管道与机械连接器水下过盈装配的应力问题。采用数值模拟的方法分析过盈装配过程中的产生的极值有效应力并引入椭圆度应力系数大小衡量应力集中效应强弱。结果表明,管道接触应力与等效过盈量密切相关,而椭圆度影响过盈面接触应力分布的均匀性。椭圆度应力系数越大,管道应力集中效应越明显,承载的应力越大。随着椭圆度增大,通过适当增加等效过盈量的办法,即可增大过盈装配应力的承载能力。     

圆锥过盈联接几何参数对其接触面微动损伤的影响

针对圆锥过盈联接接触面的微动损伤,重点讨论其轴套配合的几何参数与微动损伤的关系,运用平面应力应变求解法和数值模拟法,建立圆锥过盈联接的力学和有限元模型,分析不同套管槽数、配合长度、锥度和套管壁厚对轴和套管结合面的应力分布及接触状态的影响,研究接触应力和摩擦切应力随几何参数的变化规律,并进一步揭示该类联接的微动损伤机理。结果表明,圆锥过盈联接的接触面应力分布不均匀;随着套管槽数和锥度的增加,接触应力及摩擦切应力增大,接触面的滑移区减小;随着配合长度和套管壁厚的增大,接触应力和摩擦切应力减小,接触面滑移区增大。     

泡沫清管器过盈量计算及其对清管效果影响

在对管道进行清理的过程中,清管器与管道内壁之间实现过盈配合而产生接触力,因此过盈量的设计对两者之间的接触力及清管效果具有重要影响.针对清管器-管道结构,分别建立平面应变模型、平面应力模型及空间轴对称模型,求解得到相互作用力与过盈量之间的函数关系.考虑实际工程应用,在过盈量确定条件下,采用有限元对管道内壁存在污垢的情况进...     

压缩机主轴-叶轮摩擦性能及过盈装配主轴弯曲变形研究

通过实验测量了压缩机主轴材料(40NiCrMo7)和叶轮材料(FV520B)的摩擦因数,其值在0.12~0.25,具体大小与法向接触压力和表面粗糙度有关.结果表明,法向接触压力只有大于约36kN以后才会使摩擦因数轻微增大,而表面粗糙度对摩擦因数的影响更显著,也更复杂.摩擦因数随FV520B表面粗糙度增大整体会呈现增大趋势,但却随着40NiCrMo7表面粗糙度的增大而减小,犁沟效应和微黏着区的产生是导致这种变化的原因.在此基础上,通过有限元计算分析了降温不均时摩擦因数和过盈量对压缩机主轴过盈装配时弯曲变形的影响.结果表明,降温不均是导致主轴过盈发生弯曲变形的重要诱因,而摩擦因数与过盈量对弯曲变形存在耦合影响.当摩擦因数保持恒定时,主轴弯曲变形会随着过盈量的增大呈现出先增大后减小的趋势.从另一角度来看,当过盈量保持恒定且小于某一临界值时,摩擦因数增大会导致主轴弯曲变形增大,但当过盈量大于该临界值后,随摩擦因数增大主轴弯曲变形反而会减小.对这种现象给出了定性的分析.     

汽车水泵轴承密封圈力学分析模型和寿命计算方法

汽车水泵轴承密封圈的密封性能与唇口过盈量密切相关.利用力学知识和Hertz接触理论推导了密封圈与轴表面的接触应力分布计算模型,分析了不同唇口过盈量下接触应力变化规律;采用自适应相关函数模拟轴的微观表面形貌,并计算了由于轴的表面微观不平度导致的轴转动一周时密封圈唇口接触应力的变化规律;根据疲劳理论和雨流法随机计数原理构建...     

填料环过盈组合密封性能研究

为改善填料函密封结构中径向接触应力分布不均匀问题,建立了填料环过盈组合密封结构,以及新密封结构的理论计算模型和有限元分析模型.填料轴向应力和径向接触应力分布的理论和仿真值具有较好的一致性,验证了理论模型的正确性及适用性.将过盈组合密封结构与传统填料密封结构作对比分析可知:当径向接触应力最小值一定时,与传统填料密封结构相比,过盈组合密封结构所需的压盖应力较小,减缓了填料随时间的松弛;过盈组合密封结构径向接触应力最大值与最小值的差值较小,提高了径向应力分布的均匀程度;过盈组合密封结构减小了填料对阀杆的转动摩擦力,提高了阀杆的机动性能.由此验证了过盈组合密封结构的性能,可为实际填料密封设计提供理论基础.     

导热管与电机转子过盈联接有限元分析及优化

将导热管安装于电机转子中对转子进行散热,可提高电机的输出效率,而导热管与转子内孔的紧密接触是导热散热的关键因素.通过建立导热管与转子过盈联接的有限元模型,分析过盈量、摩擦因数以及配合长度对导热管与电机转子过盈联接静态和动态性能的影响.结果表明,过盈量和配合长度对结构的静态和动态力学性能影响较大.在有限元分析的基础上,对导热管与电机转子过盈联接最大法向接触应力进行多目标优化,得出导热管与转子最大法向接触应力最小的接触状态,以提高导热管与转子配合的可靠性以及转子轴的寿命.     

煤层气排采螺杆泵定转子接触有限元分析

为了得到煤层气排采中影响螺杆泵寿命的因素,为进一步优化设计参数提供依据,利用有限元及实验方法对定转子接触状况进行了研究。通过建立螺杆泵定转子二维平面应变模型,以转子上圆心附近位置两点运动轨迹为对象,分别得到了不同转速及不同过盈量下的接触应力拟合方程及曲线,得到了在定子内腔不同接触位置处的剪应力及接触应力云图,并与实验分析结果进行比较。结果表明:定转子间过盈量越大,定转子接触磨损痕迹越深。剪应力分布的范围在直线中心处类似椭圆状,且椭圆长轴与直线约成45°夹角,过盈量越大,椭圆越大。剪应力最大的位置为点接触处,而该处粘着磨损较严重,接触应力最大位置为线接触处,与实验的形貌分析结果一致。     

冷轧组合式支承辊过盈配合面应力和微动滑移的分布及影响因素

采用ABAQUS软件建立冷轧组合式支承辊的三维模型,通过模拟带钢轧制过程获得不同工艺参数条件下支承辊辊套和辊芯之间过盈配合面的应力及微动滑移分布,并分析了辊套厚度、配合面摩擦系数、过盈量、轧制力、弯辊力等参数对过盈配合面应力分布及微动滑移量的影响规律。结果表明:过盈配合面上周向应力最大,径向应力次之,且二者均在轧辊压扁区达到最大;离支承辊长度方向对称面越远,过盈配合面上的微动滑移量越大,且压扁区边部的周向滑移量最大,压扁区中部的轴向滑移量最大;支承辊外径不变时,辊套厚度与过盈配合面等效应力成正比,与微动滑移量成反比;摩擦系数对等效应力影响很小,但与微动滑移量成反比;当过盈量增大时,配合面上的接触应力和应变都增大,微动滑移量先增加后趋于稳定;轧制力增大导致过盈配合面微动滑移量和轧辊压扁区等效应力增大,但弯辊力对等效应力及微动滑移的影响均较小。     

空心轴过盈配合的微动接触分析

以承受旋转弯曲载荷下的空心轴和轴套过盈装配体为研究对象,应用有限元法建立了接触模型,分别计算了不同过盈量、不同载荷、不同空心度和不同摩擦系数下,接触面上某一接触线的接触状态(黏着区、滑移区、张开区)和应力分布情况.引入修正系数对接触状态的判定公式进行了修正,并研究了各参数对修正系数的影响.结果发现:黏/滑交界点和滑/开交界点附近易产生微动裂纹;随着弯曲载荷的增大,接触面上的滑移区间大小不变,但其分布位置逐渐向接触中心移动;过盈量越大,接触面间发生磨损区间越小;轴的空心度不影响黏着区的大小,但控制着滑/开交界点位置;摩擦系数对法向接触应力值的影响较小,但切向应力值却随其增大而增大.     

齿轮轴过盈配合对轴肩微动磨损的影响研究

针对某动力总成齿轮轴轴肩在工作过程中发生严重微动磨损的现象,利用有限元软件ABAQUS建立了齿轮轴轴肩微动磨损仿真模型.通过对齿轮轴与轴承之间过盈配合的计算分析,得到齿轮轴过盈配合所需的最小过盈量,在此基础上对轴肩所受的微动磨损进行仿真分析,研究过盈配合对轴肩微动磨损的影响.通过分析在不同过盈配合下轴肩接触应力和轴肩变形量对微动磨损的影响表明:增大过盈量,轴承内圈与轴肩接触应力相应增大,轴承与轴肩接触面的相对变形量(即位移幅值)随之增大,轴肩微动磨损亦相应增大.因此,齿轮轴与轴承之间适当的过盈配合既可以保证静止状态下齿轮轴材料不出现塑性变形,又能使齿轮轴转动时有足够的接触压力传递有效转矩,可以有效地减缓齿轮轴轴肩处的微动磨损.     

双头单螺杆泵定子衬套热力耦合研究

为研究稠油热采工况下橡胶衬套的温升机理,对高温、含砂稠油工况下螺杆泵的定子橡胶衬套进行摩擦学试验。基于传热学原理,运用有限元方法对双头单螺杆泵橡胶衬套进行热力耦合研究,分析定子橡胶衬套温度场和热应力、应变的变化规律,并研究转速、过盈量、摩擦因数等因素对定子衬套热力耦合的影响。研究结果表明:考虑橡胶滞后生热作用,衬套的温度呈椭圆形分布,沿中心向外递减;衬套的温升,最大热应力和最大位移随转速、过盈量的增大而增大,随摩擦因数的增大而减小;摩擦因数对衬套的热力耦合场影响相对较小。     

不同密度等级泡沫混凝土的性能和孔结构

泡沫混凝土的密度等级对其性能有显著影响。笔者制备了干密度在300～1 000 kg/m~3范围内的泡沫混凝土,对其浆体流动度、抗压强度、吸水率和干燥收缩进行了测试,利用X射线计算机断层扫描成像(X-ray computed tomography, X-CT)对试件的孔结构进行表征。结果显示:随着泡沫混凝土密度等级增加,其浆体流动度先增大后减小,密度为600 kg/m~3时流动度最大;抗压强度随密度等级增加而逐渐增大,并与密度等级之间存在指数关系;干燥收缩和吸水率均随密度等级增加逐渐减小,这是由于其内部孔隙率降低、封闭孔增多所致。X-CT分析结果显示,密度低于600 kg/m~3的泡沫混凝土内部孔隙分布不均,试件表面的大孔较多,这是由于浆体与泡沫的体积比过低、浆体无法均匀地包裹在泡沫表面所致。     

逆断层作用下埋地管道局部屈曲行为研究

为研究断层作用下埋地管道的局部压溃和起皱行为,以黄土地层埋地管道为例,建立了管土耦合数值计算模型,分析了逆断层作用下埋地管道的变形及局部屈曲过程,研究了内压、径厚比及地层位错量对管道局部屈曲模式的影响规律。结果表明,随着地层位错量增大,断层面两侧管道出现应力集中,并逐渐演化为局部屈曲,埋地管道变形曲线由S形变为Z形,断层面两侧的管道变形并非呈对称或反对称分布,上盘区的管道屈曲现象较下盘区更为严重;地层位错量大于3倍管径时,管道轴向应变迅速增大;无压管道和低压管道的局部屈曲模式为压溃,而随着内压的增大,管壁屈曲模式由压溃变为起皱,且管道起皱幅度随着内压的增大而增大;上盘区管段屈曲部位与断层面之间距离受内压、径厚比影响较小,而压溃模式下下盘区屈曲部位与断层面之间的距离随着内压的增大而减小,起皱模式下二者之间的距离随着内压的增大而增大;不同地层位错量作用下,管道最大轴向应变随径厚比的变化呈现出不同变化规律。     

双热源作用下螺杆泵定子非稳态温度场数值模拟

为了进一步探讨螺杆泵在油气田开发中出现的高温破坏问题,基于汽车滑移理论,采用单向解耦法,以GLB500和DGLB500螺杆泵为例分析定子温度场分布规律及散热性能,研究不同过盈量、转速下的定子增温。结果表明:螺杆泵定子温度场沿长轴对称分布,最高温度点位于定子橡胶衬套厚壁中心处,考虑摩擦生热时,最高温度点沿短轴方向向定子中心偏移;等壁厚螺杆泵散热性能较好且比较均匀,常规螺杆泵长轴方向散热能力优于短轴方向;不考虑摩擦生热时,定子增温与转子转速正相关,随定转子过盈量的增加呈抛物线趋势增加;在双热源作用下,定子增温随过盈量和转速急剧增加,并且等壁厚螺杆泵表现更为敏感。     

板形调控工艺对轧辊间接触及磨损的影响

六辊UCM冷轧机目前采用工作辊窜辊、中间辊窜辊和弯辊等板形调控工艺以改善板形质量,但上述工艺对轧辊间接触应力和轧辊的磨损亦有一定的影响,进而会影响轧机的板形调控能力。利用ABAQUS有限元软件建立了某厂采用的六辊UCM冷轧机1/2辊系有限元模型,对不同板形调控工艺参数情形下的辊间接触应力进行了分析,结合轧辊磨损深度计算模型,分析并揭示了板形调控工艺对轧辊磨损的影响规律。结果表明:工作辊和中间辊窜辊不仅会增加与其直接接触的轧辊表面接触应力分布不均匀性,亦会引起轧辊反窜辊方向一侧表面磨损随窜辊量增加而急剧增加;而中间辊弯辊工艺能一定程度上提高辊间接触应力和磨损轧辊轴线方向分布的均匀性。     

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。     

立式柱形油品储罐充装中静电电势的动态分布

考虑储罐充装过程中储罐内空间电荷密度随填充时间的变化特性,建立了充装过程中立式柱形储罐内静电电势的动态分布计算模型.对比模型计算结果与文献中的实验测量数据,验证了模型的有效性.将该模型用于分析无输入管道、采用中间鹤管输入、采用底部管道输入3种情况下储罐内空间电势的动态分布规律,发现:3种情况下储罐内的空间最大电势、液面最大电势均随油品填充率先增加后降低;底部输入管道对储罐内静电电势分布的影响较小,中间输入鹤管可以显著降低储罐内的静电电势;采用中间鹤管输入时,保持油品流量恒定,空间电势最大值随鹤管直径增大而减小,流速恒定时空间电势最大值则随鹤管直径增大而增大.研究结果能够为储罐充装过程中输送条件、输送参数的选取提供指导,以降低充装过程中的静电风险.     

法兰与金属垫片密封表面接触分形模型

考虑法兰与金属垫片接触属于静接触,接触界面摩擦作用对其不产生影响,在修正的M-B接触模型基础上,建立法兰与金属垫片密封表面接触模型,得到了无量纲真实接触面积与压紧应力的关系．研究表明,真实接触面积随着垫片上压紧应力的增加而呈线性增加;在相同接触应力下,真实接触面积随分形维数D的增大而增大,随尺度系数C的增大而减小,即表面越光滑真实接触面积越大．这为金属垫片密封性能的研究提供了依据．     

基于ABAQUS的游离磨粒对单晶锗表面冲击作用仿真分析

为研究固液两相流方法加工原理,建立ABAQUS冲击仿真模型,分别分析单晶锗材料变形过程中应力变化、不同速度冲击作用、不同角度冲击作用。仿真结果表明:加工过程中被加工材料表面在受到水平切削力和竖直挤压力共同作用下,产生塑性变形;不同速度冲击作用下,材料表面塑性形变量随速度增加而增大,最大接触应力值呈先增大后减小的趋势;不同角度冲击作用下,单晶锗弹性模量各向异性与冲击角度共同影响最大接触应力值,弹性模量各向异性不影响材料变形量,冲击角度影响材料变形量及是否会在材料表面产生应力集中现象。