齿轮稳态温度场及热变形研究

根据摩擦学、传热学以及齿轮啮合原理等知识,确定了轮齿各表面的对流换热系数的计算方法,及啮合面摩擦热流密度的计算方法.利用APDL语言建立了单齿热力耦合分析的有限元参数化模型.引进了混合介质特性参数的比例因子及修正系数,使得有限元模型更加接近实际工况.得到了齿轮单齿稳态温度场及热变形的有限元分析结果.并通过数据处理得到了啮合面热变形量沿啮合线法线方向的变形曲面.研究结果表明:齿轮的稳态温度场存在明显的温度梯度,啮合面温度最高,最高温度出现在啮出端双齿啮合区中部.齿轮的热变形存在明显的变形梯度,齿顶变形量最大,齿根最小.热变形沿啮合线法线方向的变形量,在齿顶中部最大,在齿宽方向成上凸分布,且在齿顶位置上凸最明显;在量级上与齿廓修形的修形量处于同一量级,因此将对齿廓修形的效果产生很大影响.本文的研究可为考虑热变形的齿廓修形设计等提供理论依据.     

管内电缆导体截面股线接触力行为分析

国际热核聚变试验堆(ITER)所希冀的是由管内电缆导体(CICC)绕制的超导磁体产生强磁场约束高温等离子体的运动,进而实现可控的热核聚变. CICC导体结构复杂,通常是由上千根NbTi/Cu或Nb3Sn/Cu经四级或五级绞缆加工而成,运行在极低温、大电流、强磁场复杂环境,承受的电磁力将引起股线间产生接触挤压变形,甚至引起股线的断裂,给装置安全性带来隐患.传统的CICC导体横截面股线接触力研究实验上多采用非实体的光弹模型,数值上采用不含颗粒变形的离散单元法(Discrete Element Method, DEM),均难以给出真实的CICC导体截面股线接触力特征.本文实验中采用真实的CICC导体,通过在横截面喷涂散斑的方式,采用数字图像相关法(Digital Image Correlation, DIC),给出了股线间的变形特征.理论上采用颗粒单元法(Granular Element Method, GEM),将DIC获得的股线变形作为输入参数,直接给出了CICC导体在横向压力作用下的横截面股线接触力的分布特征,并对接触力链大小和方向进行了统计分析.     

汽车轮辐错距强力旋压成形的有限元仿真

摘要： 利用ABAQUS软件建立轮辐三旋轮的错距强力旋压过程的弹塑性有限元仿真模型,并对成形过程进行分析;给出了仿真模型边界条件的施加方法和旋轮旋压轨迹曲线的加载方法;通过计算动能及伪应变能与内能的比率,并采用逆向扫描技术和实验测量方法对比分析仿真结果与轮辐生产件,以验证所建立模型的正确性.结果表明：与尾顶接触的材料不发生塑性变形,其他部位材料沿轮辐周向的塑性变形程度相当,而沿母线方向的塑性变形程度不同,并形成了等效塑性应变环和厚度环;在成形轮辐弯曲圆角处和外缘收口区域,材料的塑性变形程度较大,且材料堆积缺陷易出现在成形轮辐外缘收口区域;沿母线方向上不同位置处的轮辐的壁厚不同,壁厚变化遵循正弦规律.     

变工况空间太阳电池翼在轨热变形分析

以空间飞行器太阳电池翼在轨运行期间热变形和热应力变化规律为对象,采用有限元软件I-DEAS建立电池翼热变形分析模型,针对电池翼满负荷和半负荷（变工况）工作状态进行在轨热 结构耦合分析.计算中采用三明治夹心板理论将电池翼基板进行合理简化,得出电池翼等效力学参数.数值结果对比分析发现,电池翼厚度方向瞬态温差是导致电池翼发生热变形的主要原因,太阳电池翼在从阳光区转入阴影区时,电池翼温度变化最剧烈,厚度方向温差达到最大值,此时基板热变形量最大,半负荷（变工况）基板变形最大值明显大于满负荷基板变形最大值.
     

离合器压盘温度场与应力场分析及改进研究

针对离合器接合过程中,压盘滑摩温度过高发生的烧蚀、热变形现象,利用abaqus仿真软件建立了三维有限元分析模型,结合压盘的实际工作状况采用直接耦合法进行热结构耦合仿真。得到了压盘的温度场与应力场,并研究了滑摩转速、压力和压盘厚度对压盘温度场及应力场的影响,同时针对翘曲变形,通过在滑摩面增加内锥度对压盘结构进行了优化。结果表明：高转速差会增大压盘滑摩温度与应力,压盘摩擦接触区域向内径移动,翘曲变形更加严重;压力的增大同样会增大滑摩温度与应力,但对摩擦接触的影响较小;压盘厚度增大能增加压盘的热容量,同时也会使温度与应力更加集中;增加压盘内锥度能显著改善压盘滑摩面的温度与应力分布,最高值分别下降了11.8%、5.4%,摩擦副有效接触面积增加,提高了离合器的工作性能与稳定性。     

盘式制动器旋转结合面的热-结构耦合特性

为探索盘式制动器制动盘与制动片之间的摩擦生热规律及其热流分配规律,应用有限元软件对汽车紧急制动过程进行模拟,研究了制动器在制动过程中温度场、应力场的分布规律及其变化特征.研究结果表明:在制动过程中,系统的应力场和温度场分布都不均匀,二者沿径向和轴向都有较大的梯度,而沿周向的梯度相对较小;由于热应力和机械应力的作用,制动盘会发生热变形,从而使接触状态改变,并导致压力分布的变化,而接触压力的变化反过来又影响摩擦热流的输入;制动盘的变形既是温度场和应力场耦合作用的结果,也是振动摩擦耦合作用的结果.     

三元乙丙橡胶热氧老化后的力学性能

针对黏贴在火箭发动机壳体内表面作为耐烧蚀隔热保护材料三元乙丙的老化问题,研究了硫磺、含硫化合物、过氧化物等硫化体系对老化性能的影响.利用SEM微观检测手段和宏观力学性能实验研究了过氧化物硫化体系EPDM热氧老化前后的表面形貌、表面组分相对含量、压缩永久变形、压缩应力松弛特性等.研究结果表明:过氧化物硫化体系使EPDM橡胶内生成性能更为稳定的C-C交联键,耐热性能最好;EPDM橡胶的热分解为一步降解,老化前后样品各温度阶段的失重量、全温度范围内总的失重量以及最大热分解温度均无明显差异;通过表面组份分析可知,老化中增塑剂（癸二酸二丁酯）出现了向表面迁移的现象,但没有发生明显的挥发;采用过氧化物硫化体系的EPDM橡胶老化后,压缩永久变形保留率、压缩应力松弛和拉伸强度三种性能均有一定程度的劣化,且老化温度越高,变化程度越大.      

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。     

基于超声热波方法的铝合金应力腐蚀裂纹检测与识别

针对飞行器结构中应力腐蚀裂纹的快速高效检测需求,采用超声红外热波方法进行了检测试验研究。在改进WOL铝合金材料应力腐蚀裂纹试件上,改变超声激励位置在裂纹尖端延伸方向并沿裂纹接触面的切线方向上、在裂纹尖端延伸方向并垂直于裂纹接触面上以及在试件开口延伸方向并垂直于裂纹接触面上,获得了不同激励位置下试件的表面温度场分布,通过提取裂纹方向上的线温,实现了对裂纹的定量识别。结果表明:超声红外热波技术能够快速准确地检测到铝合金应力腐蚀裂纹,将超声波激励源布置在裂纹尖端延伸方向并垂直于裂纹接触面上时,能够更好地激发裂纹缺陷。     

CSP热连轧再结晶临界应变模型研究

通过THERMOMASTER-Z型热／力模拟试验机对CSP生产线上冷轧冲压基板（SPHD）进行了热变形实验，建立了该钢种的临界应变模型以及流动应力-应变模型；分析了试验过程中工艺参数对临界应变、流动应力的影响。结果表明，变形温度、变形速率是影响临界应变的主要因素，当热变形达到临界应变时，将发生动态再结晶，同时造成变形抗力的波动。     

多次紧急制动工况下的鼓式制动器热-结构耦合分析

针对汽车鼓式制动器在制动过程中的开裂失效问题,基于运动学、动力学、摩擦学与热-结构耦合的综合分析技术及实验技术,建立了三维瞬态热-结构耦合理论模型及有限元模型;分析多次紧急制动工况下制动鼓温度场和应力场在径向、周向、轴向的分布特征,得到了结构场与温度场的耦合作用结果 ;分析了温度、应力应变、压力三者间的相互耦合作用规律.结果表明:制动鼓的开裂失效主要处于温升大的区域,是由热应力引起的热疲劳失效,且由于周向压应力比径向和轴向压应力大,从而导致制动鼓的裂纹方向均为沿轴向伸展.     

汽油机歧管式催化转化器流固耦合热应力分析

采用流固耦合的方法计算了某汽油机歧管式催化转化器结构热应力状态与振动特性。首先,计算了歧管式催化转化器结构的内流场和外流场,得到了内外壁面的温度与压力分布;进一步利用有限元的方法计算了歧管式催化转化器结构的热应力状态和振动特性。计算结果表明,歧管式催化转化器结构在入口法兰区域热应力过大,容易产生应力集中,是最容易损坏的区域;另外,排气歧管和催化转化器连接处,与螺栓固定点的距离较大,热变形较大。据此,进行了结构改进,并与原结构进行了相应的分析对比,结果表明改进后的歧管式催化转化器较原结构在最高温度及最大热应力、振动特性等方面均有所改善。     

基于监测数据的混凝土箱梁温度与应变多尺度相关性分析

不均匀的温度分布会使混凝土箱梁产生显著的应力和变形,进而危及结构安全。文章基于一座在役混凝土箱梁的温度与应变监测数据,分析了其温度分布特征及应变演化规律,研究结果表明：箱梁结构竖向以及沿顶板、腹板厚度方向均存在明显的不均匀温度分布;箱梁结构的温度和应变在年和日两个时间尺度上均表现出明显的周期性变化。此外,初步研究了温度与应变的相关性,发现二者的Spearman相关系数达0.91。在此基础上,利用小波变换将应变监测数据分离为不同频率组分,其中a6层和d6层分别与季节温度变化和日温度变化具有显著的关联性,从而进一步揭示了温度对应变的影响机理。研究成果对增强桥梁结构运营期间的安全性和耐久性具有指导意义。     

Motion mechanism analysis of two contacting rollers

Two rollers contact each other under the normal load,and when the driving roller rotates,it drives the driven roller rotate by the tangential force on contact area.Finite Element Method analysis and experimental analysis are adopted to research the motion mechanism of two rollers which elasticity has big difference both on the condition of direct contact and indirect contact.From the analysis it is achieved that the relative sliding between the two rollers is due to the tangential force on the contact area and the radial compression deformation of the soft roller which has greater elasticity.For the condition of indirect contact in which a layer of inter-medium exists between the two rollers,the relative sliding is greater than that on the condition of direct contact,and the hardness of the intermedium layer affects the relative sliding between the two rollers.And for the condition of multiple rollers in the state of pressing contact,the number of contact areas on the soft roller also affects its motion characteristics.     

矿井乏风逆流氧化床温度分布和工作特性研究

为了给矿井乏风逆流氧化装置设计提供理论依据,数值模拟研究了逆流氧化床温度分布和工作特性.结果显示：逆流氧化床内固体蜂窝陶瓷的蓄热和释热效应,使得含甲烷气体成分极低的模拟矿井乏风在其内能够自维持逆流高温氧化.数值模拟中逆流氧化床轴向中心线上M形温度分布特点与实验结果一致.逆流氧化床轴向中心线上温度分布、出口温度值、化学反应速率分布、气固两相间单位容积换热量分布主要受往复半周期、混合气体中甲烷气体质量分数和混合气体质量流量等参数影响.     

TC6钛合金力学行为及其失效研究

采用高温、高应变率耦合分离式Hopkinson Bar系统和100 KN微机控制电子万能试验机系统,对等轴晶粒组织的TC6钛合金圆柱形及帽形试样进行了力学试验,研究了其力学行为及其失效机理.结果表明:等轴晶粒组织TC6钛合金在准静态下变形时呈现应变强化效应,而在高应变速率下变形时,热软化与应变强化共存,流变应力呈现振荡,且表现出较强的应变率效应;TC6钛合金的动态变形表现为局域化变形,且在局域化变形区域出现裂纹,裂纹在此区域扩展贯穿整个试样,最终导致失效,而准静态下材料的变形表现为均匀化变形,当应变达到0.4时,材料沿最大剪切应力方向断裂失效.     

考虑温度效应的风电增速箱动力学特性研究

针对风电增速齿轮箱温度异常现象,基于Block闪温理论与Hertz接触理论,提出一种考虑随机风载作用下齿面接触温度的计算方法.以该方法为理论基础,根据行星轮系耦合建模理论,建立风电增速齿轮箱动力学性能计算模型.模型不仅揭示了随机风载、齿面接触温度及齿廓热变形之间相互影响的函数关系,还展现了随机风载、齿面接触温度等非线性...     

ANALYSIS AND DESIGN OF LOAD-UNIFORMING MANGLE ROLLERS WITH AXIALLY-STAGGERED CONTACT

It is desirable to get a uniform load distribution for the pressure rollers of the mangle.In thispaper,the load uniforming principle of the axially-staggered pressure rollers and the rules for theroller design have been analysed by the theory of bending of beams.The ratio of maximum tominimum value of the distributed load in the nip being taken as a useful index to describe the uni-formity of the load distribution,the performance of the so-called load-uniforming pressure rollerswith rubber covering,under various operation conditions,has been evaluated.As a result,it isproved that the load-uniforming pressure rollers with axially-staggered contact is a pratically use-ful means of uniformizing the load distribution,which ensures that the mangle will squeeze the ma-terial to be processed uniformly over its whole width under any technological load,and needs onlysome simple regulations.The conclusions obtained in this paper can easily be extended to the pressure rollers with anysupport conditions.     

接触热阻对超声速飞行器结构响应分析的影响

在超声速飞行中,界面间接触热阻对结构传热有重要的影响。在超声速飞行器设计与安全评估中,需要准确判断接触热阻对结构响应的影响。为此,形成考虑接触问题的热力直接耦合有限元计算方法,建立了超声速飞行器前缘结构局部模型,通过CMY(Copper-Mikic-Yovanovich)模型获得了界面间接触热阻,计算了超声速飞行中考虑与不考虑接触热阻时飞行器前缘的结构响应。结果表明:在仿真中考虑接触热阻大幅改变了结构的温度与应力响应,并增强了温度场与应力场间的双向耦合关系。同时,载荷大小决定了接触热阻对结构应力场的影响程度。     

表面温度波动对微合金钢连铸板坯热塑性的影响

由于铸坯表面与二冷辊列夹持辊发生的间断式接触传热,其表面温度存在一定程度的上下波动. 基于J55微合金钢,考虑温度波动的影响,研究了钢在不同热状态下的热塑性. 结果表明,高于850℃时温度波动制度下测得的断面收缩率低于常规恒温制度下的测量值,而等于或低于850℃时情况相反. 分析了两种不同温度制度下测试结果的差异,认为对于微合金钢,存在着略高于所测钢种Ae3温度的某一分界温度,高于该温度时恒温制度下测得的塑性值相比波动制度下塑性值偏高,而低于该温度时则偏低. 这一认识有助于更加合理地制定实际连铸过程的矫直温度.