机械系统静态特性的有限元耦合分析研究

机械系统由多个零部件组成,零件与零件之间是边界非线性的接触问题。在求解了接触问题之后,才能求解机械系统。机床设备对精度的要求非常高,在求解接触问题时必须要考虑零件表面不完整性和工况等综合因素对整机性能的影响。由于接触表面层表现出了与零件本体材料显著不同的力学特性,使得接触问题变得更加复杂。因此,在研究机械系统的性能时,需要将接触问题和接触表面层的非线性特性耦合起来求解。重点研究了耦合求解算法,也就是把结合面的非线性接触刚度作为罚参数引入罚函数有限元算法中来处理接触问题。最后通过实验进行了多次检测,验证了耦合分析结果与实验结果基本一致,验证了机械系统有限元耦合分析算法的有效性。     

求解楔类接触问题的ANSYS方法评价

选择合适的数值分析方法才能高效、高精度和高可靠性地求解楔类接触问题。介绍了ANSYS中点面接触分析方法和面面接触分析方法,剖析了这两种方法的基本设置及注意事项。然后,在弹性范围内用实例对比其求解楔类接触问题的精度、可靠性、效率及适用范围。分析结果表明：点面接触方法的求解精度和可靠性比面面接触算法高,在计算机硬件资源许可的条件下,建议采用前者;对于楔类接触问题的求解,点面接触方法的求解效率比面面接触方法低;这两种方法不仅适用于平面弹性楔类接触问题,也可推广到塑性和超弹性材料的三维楔类接触问题;点面接触方法在应力集中的区域,能得到较精确的结果,而面面接触方法的求解误差相对较大。     

基于仿真的粘滞阻尼系数对刚体接触力影响的分析

针对机械系统动力学仿真分析软件ADAMS中的多接触求解困难问题,基于粘滞阻尼理论来研究多接触求解,以及接触参数的设置对结果的影响,通过理论与实践相结合,分析了在多接触问题求解过程中最大阻尼系数Cmax对系统的多接触仿真分析结果的影响,为多接触问题的研究提供了一些理论基础与实践经验,且对此问题的进一步研究具有一定的参考与借鉴作用。     

用弹性接触有限元混合法求解接触问题时几种特殊情况的处理

用弹性接触有限元混合法求解弹性接触问题时,有时会遇到方程组病态使接触求解失败。本文对此作了分析讨论,找出了接触求解失败的原因,并提出了相应的解决办法。     

接触有限元分析及应用

接触类问题的非线性缘故造成其计算相对复杂。分析了接触问题的有限元求解思路及步骤,详细介绍了有限元软件的接触类型、接触方式及接触算法。以一对啮合齿轮应用ANSYS Workbench求解为例验证接触强度有限元分析,为接触类问题求解提供了便捷思路。     

弹性接触问题有限元分析的一个新方法

小变形弹性接触问题属于边界条件几何非线性问题弹性接触问题的非线性,是由于接触点的接触条件引起的。本文提出的有限元混合法适于求解此类局部非线性问题。该方法是利用弹性体的刚度矩阵求出接触边界的接触内力的影响系数矩阵,再由接触边界的连续性条件求解接触内力,从而把非线性问题转化到局部求解。计算表明：对求解此类复杂非线性问题,该方法在计算速度和机器存贮上仅比求解一般线性问题的花费略有增加甚至相当。     

三维真实粗糙表面弹性接触的全域数值解

本文提出了三维真实粗糙表面弹性接触问题的全域数值求解方法。这种方法采用网格规则划分和局部柔度矩阵存储解决了计算机存储问题;采用求解域收缩和逐次低松弛迭代解决了接触方程求解问题。运用这种方法可以获得真实粗糙表面弹性接触时全接触域内的压力分布与总载荷、接触图象及其实接触面积、接触变形与接触刚度等参数。计算结果与实测结果符合得较好。     

齿轮可靠度计算的概率有限元法(第Ⅱ部分:齿面接触疲劳强度的计算)

本文将概率有限元法用于齿轮接触疲劳强度可靠度的计算。以功率、转速和疲劳极限为随机变量,在求解接触问题的有限元—线性规划法基础上,建立了相应的概率有限元基本方程及求解方法。该方法不仅可用于齿轮接触疲劳的可靠度计算,也可用于其他弹性体接触问题的可靠度计算。     

多变量并行离散计算法的轮轨磨耗预测模型研究

目前轮轨磨耗模型主要分为全局模型和局部模型,全局模型以车辆轨道动力学计算结果和轮轨接触算法计算结果作为输入求解磨耗问题.而局部模型是在完全求解轮轨接触力学问题的基础上,对轮轨接触问题求解并得到接触斑内磨耗功,进而对材料磨耗量进行预测计算.然而,对于不同的车辆、线路参数配置,其轮轨接触计算结果也要重新计算,尤其是Zobo...     

基于LS-DYNA二合一读卡连接器弹片的接触分析

接触问题属于结构非线性问题.以二合一读卡连接器弹片的接触为例,在MSC.Patran中建立产品的有限元接触模型,分析探讨了接触分析中有限元算法.运用LS-DYNA求解器对弹片的接触强度进行了分析,分析的结果为电子类产品弹片的接触问题提供了分析的理论依据.     

具有界面热阻的接触传热耦合问题的数值模拟

发展了基于界面热阻本构模型的热接触耦合问题有限元分析的新算法。对接触边界的热交换分析采用压力相关的传热本构模型，为考虑力学-传热之间的耦合特性，建立两类变分方程，一类是热力学变分泛函，其考虑接触区域对结构热传导的影响。另一类是热弹性接触分析的参数变分原理，可以方便地对接触问题进行求解。文中给出有限元分析的离散公式，并进一步给出进行两类问题耦合分析的迭代算法，其中接触分析的惩罚因子是可以消除的。数值结果在验证文中算法的同时证实了耦合分析的重要性。     

RADIOSS非线性准静态接触分析研究

对经典接触计算方法与有限元接触问题计算方法进行了对比研究。经典的计算方法结果精确,计算简单,但是应用的范围有限;有限元法相对复杂,但是应用的范围很广泛。利用HYPERWORKS平台,对经典的赫兹接触实例进行了隐式非线性准静态分析。得到的数值解与赫兹理论的解析解作对比,发现RADIOSS求解器能够较好地模拟接触问题,验证了有限元法计算接触问题的结果是完全正确的。     

摩擦约束有限变形弹塑性广义变分不等原理

在弹塑性接触问题中,从变分原理出发来研究接触问题,可以将摩擦力纳入问题的能量泛函以便于问题的求解,尤其是数值解。研究了带摩擦约束的有限变形弹塑性接触问题,利用拉格朗日乘子法,证明了有限变形弹塑性接触问题的广义变分不等原理,导出了率形式的能量泛函,为摩擦约束有限变形弹塑性接触问题的数值解提供了理论基础。     

钢玄武岩纤维树脂混凝土结合面法向接触刚度数值计算研究

为解决分形接触理论中最大接触面积难以准确计算导致结合面实际接触面积难以有效获取的问题,基于离散化数值计算方法建立了一种结合面实际接触面积的计算方法,并将该方法与结合面接触刚度理论模型相结合,建立了一种新的钢玄武岩纤维树脂混凝土(BFPC)结合面接触刚度计算方法.通过模态实验对五种预载荷下的钢BFPC结合面组件的接触刚度...     

压电力传感器晶片与电极接触刚度影响研究*

以压电力传感器为核心的多分量测量系统是航空、航天等领域重要的力学测量装置。压电力传感器中晶片与电极结合面接触刚度是基础性能参数,对压电力传感器的分载效应及灵敏度,多分量测量系统的整体刚度及静、动态性能有直接影响。由于尚无对该参数的研究,导致在设计封装压电力传感器过程中缺少相应的理论依据,在使用多分量测量系统时存在标定困难等问题。针对以上问题,研究晶片与电极结合面接触刚度的影响因素,建立基于分形理论的接触刚度模型,优化了晶面表面形貌、压电材料、电极材料、预紧力等参数。在此基础上,研究接触刚度对传感器性能——刚度、灵敏度、固有频率等影响,提出一种以接触刚度为约束的晶片表面形貌优化方法。基于结构函数法,建立分形理论与实际工程测量参数的联系,通过两种压电晶体——石英与硅酸镓镧,四种电极材料——钛合金、不锈钢、黄铜、铝,试验验证了理论模型。试验表明,优化晶片表面分形参数、提高预紧力、选用弹性模量小的电极有助于提高晶片与电极接触刚度,进而提高传感器的整体刚度、灵敏度和固有频率。研究为高性能压电力传感器的设计提供了理论参考。     

混合陶瓷球轴承接触应力和变形的数值求解

提出了一种基于Matlab软件求解赫兹接触问题时超越方程的新方法，具有编程非常简单、使用方便、计算精度高和应用前景广泛等优点；给出了球轴承无量纲接触参数的计算曲线，以及几种陶瓷材料的混合陶瓷球轴承和金属球轴承的接触应力与接触变形的计算实例。     

引伸计的测量原理及其改进方法

本文分析了包括接触式引伸计和非接触式引伸计在内的常见变形测量装置的原理,在分别总结其优点和缺点的基础上,提出了两种基于激光设备与图像处理技术的改进方案。这两种测量方法克服了部分传统引伸计存在的问题,具有良好的应用前景。     

润滑油性能对接触疲劳影响的研究

用改装的四球机考察了不同类型的油性极压剂对接触疲劳的影响,试验证明不同类型的油性极压剂对接触疲劳的影响有显著差别,润滑油的PB、PD、ZMZ与接触疲劳性能没有关系,而长时间的磨斑直径越小,抗接触疲劳的性能越好。     

齿轮传动中的齿面接触斑点分析与质量控制

介绍新、旧国家齿轮标准齿面接触斑点质量评定方法并加以比较,列举齿轮加工、装配中几种齿面接触斑痕的形式并进行专业分析,指出这几种齿面接触斑点和传动噪声的关系,提请专业人员根据齿面接触斑痕形成的原因,采取相对应的质量控制方法.     

Linear Complementarity Framework for 3D Steady-State Rolling Contact Problems Including Creepages with Isotropic and Anisotropic Friction for Circular Hertzian Contact

In this article, the problem of 3D steady-state rolling contacts with dry friction for circular Hertzian contacts is formulated mathematically as a linear complementarity problem (LCP). The complementarity variables are the traction and the relative slip of contact regions, in which a polyhedral friction law is employed. The present work uses the general expressions describing the surface deformations due to uniform traction over a rectangular area on an elastic half-space to derive the influence coefficient matrix for rolling contact problems. Three possible creepage types—that is, longitudinal, lateral, and spin creepage—are considered in this work. Firstly, the numerical results are verified against the existing numerical solutions and good agreement has been found. Secondly, the anisotropic friction is studied by the verified approach. Some numerical examples are provided to illustrate the current LCP method for both isotropic and anisotropic friction in which the combined effects of the three kinds of creepage on the traction distribution are shown.