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。     

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。     

综合变形下滚动轴承非线性静接触刚度研究

在弹性体条件下,考虑保持架因素,综合各零件的局部刚度与自身刚度的相互影响,应用有限元分析方法,将滚动轴承的接触状态转化为非线性接触问题。通过合理的模型设置,求解不同载荷下轴承各零件的接触状态并给出应力分布及其规律,通过内圈耦合节点位移得出静刚度变化规律。     

变摩擦条件下三维接触问题有限元分析改进

首先对三维弹性接触问题的有限元求解算法进行研究,将接触条件转换到法向与滑动方向组成的局部二维坐标系内进行求解,并利用FORTRAN语言编制接触问题求解的程序包。然后应用该程序包对变摩擦条件下的接触算例进行研究,揭示摩擦因数随滑动速度改变时接触点随接触状态、接触力的变化规律。最后利用有限元软件对计算结果进行验证,证明了算法的有效性。     

基于有限元法的高空作业车伸缩臂接触分析

接触问题属于边界非线性问题。当用有限元程序进行接触分析时,计算时间较长,收敛与否依赖于模型的复杂程度以及接触刚度等因素。在有限元分析中,节点自由度耦合分析方法为线性分析,不存在收敛问题。为了研究这两种方法在高空作业车伸缩臂结构分析中的差异,在有限元软件ANSYS中建立了伸缩臂接触模型和节点自由度耦合模型。结果表明:在模拟滑块接触时,自由度耦合方法得到的结果接近接触模型;但在铰接支座处由于这两种模型差异较大,两者结果相差很大。     

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.     

冲压成形CAE技术中接触摩擦计算的新方法

以显式有限元仿真技术为背景 ,讨论冲压成形中模具与工件接触摩擦界面的计算问题 ,提出了一种新的接触界面计算方法 ,并应用非线性摩擦定律来计算作用在工件上的摩擦力。为避免用于计算接触力的罚函数法中的罚因子影响显式仿真算法的稳定性 ,采用了局部质量密度因子来抵消罚因子的负面影响。仿真计算实例结果验证了本方法的正确性以及在可靠性和计算速度方面的明显提高。     

考虑结合部耦合的结构梁的边界元解析方法研究

机床结合部是影响机械系统性能的关键因素之一,对机床的静态、动态和热态性能有很大影响。以机械系统中最常见的基本结构形式-梁单元及其结合部为对象,研究了结合部理论与边界元法有机结合的静态特性解析方法。基于结合部理论分析了结合面接触压力、接触变形、接触刚度之间的非线性关系,建立了考虑结合部接触刚度的边界元梁与梁、梁与边界的系统耦合解析模型,将结合部接触刚度纳入边界元解析的子结构中,使其与机械系统的元件进行合成,将结合部接触刚度作为机械系统的解耦收敛条件进行迭代,解决了机械系统与结合面结合问题的耦合并利用边界元法开发了专业的结合问题解析软件,解析结果表明,采用边界元法对于柔性结合部的处理比较方便,在柔性结合部的部件或整机性能预测方面具有明显优势。     

一种旋转机械系统耦合故障诊断的新方法

旋转机械系统中,与转子振动响应相关的裂纹非线性开/合行为以及动-静件瞬态碰摩接触或齿轮啮合冲击、机座松动等缺陷或故障均会激起非线性振动,且不同的故障激励源相互作用,导致复杂的故障耦合形态,增加了故障诊断的难度。为此提出一种基于本征模函数能量矩-灰色关联分析的旋转机械系统耦合故障诊断方法。应用能量矩测度,从振动响应信号的经验模态分解本征模函数中分别抽取特征,然后进一步利用灰色关联分析对耦合故障的关联特性进行定量评价,从而实现复杂耦合故障模式的识别。仿真与实验研究结果验证了方法的有效性。而且,利用本方法可以对故障的严重程度进行排序,可以有力地支持合理的维修决策的制定。     

机械结合部刚度的罚函数表示方法

提出了一种在有限元分析中用罚函数法分析结合部非线性接触刚度的方法。结合部的非线性接触刚度由试验获得,在接触问题的有限元计算中,将结合部的非线性接触刚度作为罚函数法的罚因子引入计算过程中,从而赋予罚因子以明确的物理意义。首先给出了通过罚函数法进行结合部分析的过程,然后通过一个算例,说明了方法的有效性。     

高性能表面层制造:基于可控表面完整性的精密制造

高性能表面层制造是具有特殊功能性表面层结构零件的精密制造,体现了高性能零件性能与几何参数一体化制造的特点。依据功能性表面层结构零件的性能要求所设计的几何参数和材料特性,选择表面层加工制造方法,确定加工工艺载荷的物质与能量输入条件,通过减控加工工艺的几何、结构、物理、化学等多源耦合约束,构建主动协调的材料加工载荷的应力场、温度场和化学位场等(多)场环境,相应地揭示零件表面完整性变化关系内禀的加工过程印记,利用可控的表面完整性与高性能零件性能的关联模型,实现具有特殊功能性表面层的精密制造。高性能表面层加工制造原理的核心是表面完整性的形成机制、评价方法和调控作用,所提出的高性能表面层精密制造的体系框架,以基于知识方法取代实验迭代的试错法,可解决高性能制造的加工制造反问题。     

离心力作用下电机转子强度接触有限元分析

永磁同步电机高转速运行时,在离心力作用下,转子与内嵌磁钢呈现非线性接触状态。介绍了此类非线性接触问题的有限元求解方法。以某分数槽集中绕组永磁同步电机转子与磁钢的接触分析为例,应用Ansys软件建立了三维有限元模型,对高速旋转工况下转子与磁钢的接触情况进行三维有限元分析,得出了应力和变形结果。结果表明该转子结构可满足电机设计转速时的机械强度要求。     

超磁致伸缩泵悬臂梁阀流固耦合特性分析

提出了一种采用悬臂梁式吸排油阀的超磁致伸缩液压泵结构,针对泵用悬臂梁阀工作时的流固耦合特性,基于单自由度振动理论与流固耦合作用下阀片振动参数等效计算原则,对超磁致伸缩泵悬臂梁被动阀进行了线性化数学建模,并在MATLAB/Simulink环境下进行了仿真研究。为研究其非线性特性,基于流固耦合力学原理,建立了超磁致伸缩泵悬臂梁被动阀流固耦合数值模型,并利用Comsol-CFD对其工作特性进行了数值求解。然后依据求解结果进行了深入分析,得到了阀片主要参数对泵性能的影响规律,为超磁致伸缩泵悬臂梁被动阀的主要结构参数的设计与优化提供相关依据。最后,通过不同厚度悬臂梁阀片在流固耦合作用下开启位移的线性理论结果与非线性数值结果的对比完成了模型验证,实验测试了超磁致伸缩泵的流量特性与阻断压力特性,得到了该泵峰值驱动频率为300Hz左右。     

考虑滚子位置变化的圆柱滚子轴承非线性刚度特性分析

以圆柱滚子轴承为研究对象,考虑轴承运转过程中滚子周向位置分布的周期性变化,对经典圆柱滚子轴承载荷分布理论进行改进,并对由此引起的轴承刚度时变特性进行分析,同时研究圆柱滚子轴承平均刚度及平均接触滚子数随径向力的非线性变化规律。为了对改进理论算法进行验证,采用有限元接触分析方法对圆柱滚子轴承刚度及滚子接触状态进行分析。研究结果表明,改进理论算法和有限元接触法均能准确预测轴承瞬时刚度的时变特性及平均刚度随径向力的非线性变化特性,同时证明轴承平均接触滚子数的改变是轴承刚度变化的根源。基于改进理论算法进而分析轴承初始径向游隙、径向力、滚子设计数量等关键参数对圆柱滚子轴承性能的定量影响规律。     

高速电磁开关阀电、磁、机、液解耦的一种新算法

本文描述了高速电磁开关阀中电、磁、机、液耦合问题解耦的一种新算法。用有限元方法分析了耦合问题中的瞬态非线性场，并考虑到了磁饱和、涡流和衔铁的运动；非线性电子控制回路用与磁子系统相耦合的等效电路方程来重新表示，并用迭代方法进行并行计算。并进行了仿真与实验对比，预测的高速电磁开关阀的性能与实验结果相吻合。     

平台罗经方位环结构实验模态参数识别

平台罗经是惯性导航系统中的一种精密复杂的导航仪器,平台罗经的核心部件方位环的动态特性直接决定着惯性仪表的工作精度和可靠性,模态分析是研究机械系统动态特性的主要方法之一。在概述了实验模态分析理论的基础上,建立了某型号平台方位环结构的实验模型,对方位环进行了实验模态分析。通过对实验结果与有限元计算结果比较,验证了有限元计算结果较为准确。     

橡胶结构有限元分析收敛问题的对策

针对橡胶结构的材料非线性、几何非线性和接触非线性三种典型综合非线性有限元分析收敛性问题的难点,结合对Yx橡胶密封圈平面应变有限元模型的有限元分析,重点从高阶低阶单元的应用、网格密度、接触刚度及接触算法、载荷步与载荷子步几个方面对非线性计算收敛性的影响进行了讨论论证,为解决和提高计算收敛性给出了一些相应的对策。所述对策能有效改善橡胶结构非线性有限元计算收敛性,并且也部分适用于其他类型的非线性有限元问题的求解设置中。     

《机械工程学报》英文版2005年第18卷第4期目次、摘要预告

反应堆压力容器三维瞬态耦合热弹塑性接触密封分析杜雪松李润方林腾蛟(重庆大学机械传动国家重点实验室重庆400044)针对反应堆压力容器密封系统的密封分析涉及到多种非线性因素的耦合影响,现有的大型通用有限元软件不能有效完成这一复杂分析的现状,提出了一种三维瞬态非线性耦合热弹塑性接触有限元分析方法,考虑了表面非线性、材料非线性和温度场的非线性以及多种耦合作用和其他多种因素对密封分析的影响,密封方程迭代过程耦合求解。根据这套方法开发了密封分析程序,并对反应堆压力容器模拟体进行了分析,计算结果与试验数据吻合良好。此密封分析程序现已应用于大型工程实际问题的分析。关键词:压力容器密封分析有限元法中豳分类号:TH123     

火炮方向机含间隙接触动力学仿真分析

针对火炮发射动力学仿真中方向机输出齿轮含间隙接触模型计算困难的问题,应用有限元计算方法对其进行了求解并应用停止间射击动力学仿真与实验进行了验证。首先建立方向机输出齿轮与炮塔座圈齿轮单自由度模型,定义接触力公式,应用有限元方法对一定初始载荷下的输出齿轮与炮塔座圈齿轮接触压力、渗透量等接触特性进行了计算,并基于contact接触碰撞力计算公式对接触刚度系数进行了求解,最后应用ADAMS软件对停止间射击过程中的接触响应进行了动力学仿真分析,并基于实弹射击动态参数实验对仿真模型进行了验证。分析结果可为方向机结构设计与校核提供指导,并为火炮射击精度分析提供理论依据。     

角接触球轴承流固耦合仿真分析

角接触球轴承在运行过程中的润滑状况至关重要,润滑油直接影响滚动轴承的接触状态。为分析角接触球轴承的润滑状况以及考虑润滑时轴承的机械特性,基于有限元和晶格玻尔兹曼方法,建立了双向流固耦合轴承仿真模型,对角接触球轴承进行动力学有限元仿真和润滑流体仿真,并与轴承拟静力学理论计算结果进行对比,验证模型的准确性。分析结果表明,保持架与滚珠接触并撞击,在轴承腔内油膜压力最大,滚珠与内圈、外圈滚道接触区分别为第二、第三大油膜压力区。润滑油受滚珠公转影响,沿着滚珠转动方向流动,实现对滚珠与内圈、外圈和保持架之间的润滑。滚珠运动和最大接触应力仿真结果与轴承拟静力学理论求解结果一致,即流固耦合仿真模型计算轴承机械特性具有较高的准确性。