Calculation method of radial stress and deformation on conic threaded connections with interference fit

This paper presents a calculation method for radial stress distribution and deformation on conic threaded connections with interference fit. Based on elastic mechanics, a new calculation model is established using the thick-walled-cylindrical theory. A sample calculation for API 88.9 mm conic threaded connection indicates that the method proposed in this paper is reasonable, and the finite element analysis (FEA) method is used to validate the proposed method. The results obtained by the proposed method and FEA method are identical. The model offers a new way of calculating the radial stress and deformation on conic thread connections with interference fit.     

Calculation method of load distribution on pipe threaded connections under tension load

This paper presents a new calculation method that can calculate the load distribution on pipe threaded connections under tension load. On the basis of elastic mechanics, the new method was developed by analyzing each thread tooth, and a new deformation and covariant equation by making a mechanics analysis on each thread tooth was obtained. Compared with the traditional method proposed by the previous references, the new deformation and covariant equation could be used to describe the relation between the previous and the next thread tooth. By applying the new method on the sample of P-110S pipe threaded connection, the obtained results show that the load on thread tooth mainly concentrates on the four or five threads engaged and the middle teeth were not utilized well to bear the loads. The model offers a new way to calculate the loads carried on the thread teeth under tension load.     

压装工艺下链轨节过盈配合接触分析及优化

履带装置对工程机械性能和寿命至关重要。以履带核心部件——链轨节与轴套的过盈配合压装过程为分析对象,借助ANSYS有限元分析软件并利用单因素法进行了静力学仿真分析,计算出不同过盈量下配合面接触应力和塑性变形的数据,得到链轨节与轴套的过盈配合应力分布情况。结论显示,链轨节与轴套的过盈配合过盈量超过0.39 mm时链节发生塑性变形,而通过增大径向实体尺寸可减小链轨节薄弱处变形和应力数值,一定程度上可提高履带可靠性。研究结果和实施为一般的非对称包容件的过盈配合提供一种新的方法和数值参考。     

圆柱面过盈连接的力学特性及设计方法

传统的圆柱面过盈连接设计将结合直径、结合宽度等因素视为定量,并且忽略边缘效应所引起的应力集中。为解决此问题,更好地研究圆柱面过盈连接的力学特性,寻求更合理的设计方法,结合有限元法和BP神经网络各自的优势,以ABAQUS为工具分析圆柱面过盈连接接触面的应力特性及结合直径、结合宽度、包容件外径及过盈量等因素对它的影响,将通过分析得到的大量接触边缘最大应力作为神经网络的训练样本,建立接触边缘最大应力的BP神经网络模型。将接触面应力的各种影响因素视为可调变量,结合接触边缘最大应力的BP神经网络模型,提出一种以接触边缘最大应力为优化目标的圆柱面过盈连接设计的BP神经网络动态调整算法。通过实例分析,表明该算法比传统的设计方法更为合理。     

珩磨顶杆的有限元分析及结构优化

小顶杆是珩磨工艺中最容易损坏的零件之一,主要原因是杆顶端螺纹处产生应力集中和顶杆中部产生弯曲变形。用ANSYS有限元分析软件完成建模后对小顶杆进行应力及变形分析。根据变形图和等值应力分布云图分析得出,螺纹连接是整体结构的薄弱部分,应力集中主要出现在前3道螺纹处,这是导致小顶杆损坏的直接原因。据此提出了小顶杆结构优化的改进方案,并进行有限元分析验证,得出螺纹最大Von Mises应力由改进前的108MPa降低为98MPa。为杆类结构和螺纹连接设计提供了理论依据,对螺纹连接在工程实际中的推广使用有着重要的意义。     

反应堆压力容器顶封头接管冷装过盈配合力学分析

200 MW低温核供热堆反应堆压力容器顶封头壳体与小口径接管间采用冷装过盈配合连接结构,为确定过盈配合连接合理的最小过盈量和最大过盈量,首先建立了过盈连接结构解析解的简化模型,分析确定了过盈配合连接结构最小过盈量和最大过盈量计算的适用工况;再根据弹性力学理论对过盈配合连接结构进行力学分析,推导出最小过盈量和最大过盈量的工程计算方法;最后,采用ANSYS有限元分析软件对典型接管的冷装过盈配合连接结构的合理性进行冷态和热态工况下的验证。     

基于有限元的连杆衬套过盈分析求解

为避免连杆衬套在工作中出现磨损以及塑性变形,连杆衬套与连杆小头端的配合要满足合理的过盈量,按照衬套以平面应力求解,连杆小头端孔以平面应变求解的方法进行了理论计算,同时对过盈配合进行了有限元仿真分析,仿真值与理论值有较好的一致性,验证了衬套压配过盈量选取的合理性。另外推导了孔径收缩量的计算方法,确定了衬套孔径的实际加工尺寸公差。     

高速永磁电机转子护套过盈配合量计算及应力分析

高速永磁电机的永磁体抗拉强度很小,不能承受转子高速旋转产生的离心力,因此需要一个过盈配合的高强度防护套对永磁体进行保护。主要分析了转子护套和永磁体间过盈配合量及应力的计算方法,对一台额定转速60 000 r/mim的高速永磁电机,计算了过盈量的值以及护套和永磁体的应力,并根据计算的过盈量采用ANSYS Workbench12.1分析了护套和永磁体的应力。结果表明,理论计算值与ANSYS的仿真结果接近,能够满足高速下保护永磁体的要求。     

径向金属密封唇部结构接触力学研究*

由于初始过盈量和介质压力的作用,井下流量控制阀径向金属密封唇部的应力和应变梯度变化很大,很容易发生塑性变形。为研究径向金属密封唇部接触力学行为,提出径向金属密封唇部的圆弧结构,基于接触力学建立径向金属密封唇部轴对称结构的圆弧-平面接触模型,得出径向金属密封唇部结构接触力学参数的理论关系式,并基于有限元方法进行验证。径向金属密封唇部接触力学参数的理论解与数值解相符,接触宽度、最大接触应力、初始过盈量和平均接触应力的平均相对误差分别为8.86%、6.96%、8.88%和4.33%,满足工程设计要求。研究表明：径向金属密封唇部的最大接触应力与初始过盈量、径向金属密封唇部径向厚度和轴向厚度成正比,与径向金属密封唇部圆弧半径成反比,因此可通过增加初始过盈量、径向金属密封唇部径向厚度和轴向厚度来增加径向金属密封唇部的最大接触应力。研究结果为井下流量控制阀径向金属密封的设计提供了理论指导。     

Design of interference fits via finite element method

Studies of interference fits in ring gear-wheel connections show that the traditional design method based on thick-wall cylinder theory has some limitations. Application of the finite element method (FEM) for the three-dimensional stress analysis of interference fitted connections gives more complete and accurate results than the traditional method. An improved design method utilizes two safety factors, λ_s and λ_p, providing a new approach for evaluating the quality of interference fits. A tolerancing method utilizing the I_max and I_min curves provides a quantitative guideline for interference fit design. The selective assembly method combined with the FEM-based method for interference fit design provides an effective approach to achieve more reliable interference-fitted connections and more precise assembly with lower manufacturing cost.     

球铰刚度计算模型及靠冗余支链实现并联机床刚度的改善

以Stewart机构为例提出一种基于解析法和有限元法的刚度分析新方法。应用有限元软件模拟球铰内的非线性接触变形,将计算结果抽象成一个特征参数带入机构的刚度解析模型中,然后得到机构的刚度矩阵,以解决在解析模型中无法处理铰链刚性的问题,并采用有限元软件证实该方法的可靠性。如果在解析模型中忽略球铰变形,则整个机构的刚度解析结果将产生较大误差。在此基础上,应用该方法定量研究采用主动冗余支链对提高并联机床刚性的效果。结果表明,在一定工作空间范围内,主动冗余支链可以显著提高并联机床的刚性。     

三辊非对称滚弯成形的数值仿真及试验验证

基于有限元法对三辊非对称滚弯成形工艺进行了研究,对比分析了三辊非对称滚弯成形和三辊对称滚弯成形过程中,变形区应力场、板材上表面的塑形应变场及卷制力的变化规律。仿真结果表明：侧辊位移进给量相同的工况下,三辊非对称滚弯成形的卷制力大于三辊对称滚弯成形的卷制力;三辊非对称滚弯变形区的纵向应力和径向应力均大于三辊对称滚弯成形的纵向应力和径向应力;三辊非对称滚弯成形板材压弯段的成形质量高于三辊对称滚弯成形的成形质量。最后,经三辊非对称滚弯试验验证,有限元模型的成形误差为6.8%,有较高的精度。     

外载荷作用下火箭发动机法兰连接系统的受力与变形分析

法兰连接系统在火箭发动机上得到了广泛的使用。将螺栓、O型圈和法兰环作为一个整体,应用弹性理论,提出了在外载荷作用下各元件的受力与变形的计算方法。算例的计算结果表明,本文提出的计算方法比等效压力法更接近真实情况。     

Mathematical representation of bolted-joint stiffness: A new suggested model

Joint member stiffness in a bolted connection directly influences the safety of a design in regard to both static and fatigue loading, as well as in the prevention of separation in the connection. This work provides a new simple model for computing the member stiffness in bolted connections for both fully and partially developed stress envelope fields. The new model is built using a stress distribution polynomial of third order. Finite element analysis (FEA) is performed for some joints geometries, and the results are used to estimate the best analytical envelope angle in the proposed analytical model that gives suitable convergence between the compared results. An experimental effort is exerted to validate the accuracy of a suggested model. When analytical results are compared with FEA results and experimental data, the maximum absolute percentage errors are found to be 2.69 and 14.69, respectively. Also, a good agreement is obtained when the analytical results are compared with other researchers’ results.     

过盈配合时齿轮内径与预应力关系研究

齿轮过盈配合在工程中一直被广泛使用。由过盈配合产生的预应力对齿轮的强度和寿命影响很大。本文针对某发动机过盈装配的曲轴齿轮进行了基于刚度模型和有限元法的分析，得出齿轮内径、过盈量与预应力的关系，为采用过盈配合齿轮的设计提供借鉴。     

基于ANSYS的滚针轴承的有限元分析

基于有限元分析软件ANSYS,建立了滚针轴承的三维有限元模型,以典型的径向载荷和边界条件为例,对其进行静力学接触分析,得出了轴承承载过程中的应力和变形趋势及接触应力的变化规律,空心轴和轴承外圈在径向方向上的最大等效应力并非出现在接触表面,而是分别出现在距接触表面0．256mm和0．268mm处．     

薄板矩形盒拉深试验及应力分析

利用法兰曲边当量半径的简化方法对矩形盒拉深中的直边和曲边侧壁部拉入方向的应力分布进行了分析和计算，其结果与试验和有限元计算结果基本吻合。指出矩形盒短边侧壁拉深方向的应力值较大，沿凹模入口线上，角部拉入应力最大，直边部径向应力在零上下波动，凹模入口线附近局部区域存在法向压缩变形倾向。     

计算平面Ⅰ、Ⅱ型复合应力强度因子的半权函数法

给出计算一般平面裂纹问题应力强度因子的半权函数方法。该方法引入两个满足裂纹面零应力条件、平衡方程以及裂尖位移具有r^-1/2奇异性的虚拟位移与应力函数的解析表达式，即半权函数。从功能互等定理出发，结合从裂纹下缘到上缘绕裂尖任意路径的位移与应力的近似值，得到Ⅰ、Ⅱ复合型应力强度因子KⅠ和KⅡ积分形式的表达式。由于在积分中避开了裂尖的奇异性，因此即使采用较粗糙的模型或方法得到的近似值，也可以得到精度较高的KⅠ、KⅡ。相对于权函数法，本方法的限制条件较少，半权函数易于获得，实用性强；相对于有限元法计算量小，模型建立简便。     

子午线轮胎静态侧倾性能有限元分析及试验研究

采用三维非线性有限元分析方法,在模型中考虑了轮胎的几何非线性、材料非线性以及轮胎接触非线性,计算了子午线轮胎195/60R14在不同角度侧倾接地时的变形情况,与试验结果进行了比较。分析了轮胎在静态不同角度侧倾接地状况下载荷-下沉量变化、接地区压力分布、接地区摩擦力分布、侧倾侧向力-侧倾角变化关系;采用连续加载-卸载方式,开展了轮胎侧倾接地试验,实时记录了轮胎受力与变形关系,采用压力敏感膜测量了轮胎侧倾接地时的接地区压力分布状况。结果表明,轮胎侧倾接地状况下的变形及接地区压力分布趋势的计算结果与试验测试结果一致。     

航空发动机主轴轴承径向工作游隙计算与分析

径向工作游隙是航空发动机主轴轴承的重要参数,将影响到轴承中的负荷分布、振动、噪声、摩擦力矩和寿命,所以对轴承径向工作游隙进行研究很有必要。考虑了工作转速、工作温度、过盈配合因素的影响,建立航空发动机滚动轴承的径向工作游隙计算方程,并分析了过盈配合、工作转速、工作温度对工作游隙的影响规律,为航空发动机主轴轴承初始游隙的选取和过盈配合的设计分析提供依据。