机械结合面微观接触模型及接触特性研究

通过原子力显微镜(AFM)实测得到机械结合面的真实三维微观表面形貌,同时基于分形理论模拟仿真得到了机械结合面三维微观表面形貌,分析结果表明,分形模拟表面形貌能较好地模拟机械结合面的真实微观表面形貌。进一步分别以实测的结合面表面形貌和基于分形理论模拟的表面微观形貌建立结合面的三维表面微观接触模型,运用有限元法进行接触仿真分析,研究真实微观表面之间的微观弹性及弹塑性接触特性,通过仿真分析得到Z向位移、接触面积和接触压力与接触载荷间的关系曲线。结果表明,基于分形理论建立的机械结合面分形模拟微观接触模型可以替代实测真实微观接触模型进行仿真分析。本研究能为深入开展结合面微观作用机理的研究提供理论依据。     

激光切割表面形貌的分形插值模拟分析

以实测激光切割表面轮廓高度数据为基础,获取不同采样间距的插值基础数据,应用三维表面分型插值算法,对激光切割表面形貌进行分形插值模拟,分析垂直比例因子和采样间距对模拟精度的影响。结果表明:模拟表面形貌与实测轮廓相似程度随着垂直比例因子hi,j的减小而提高,当hi,j小于某一特定值时,表面形貌特征无明显变化;随着采样间距Lc的减小,分形插值表面所包含的微观形貌信息越来越多,逐渐接近真实的激光切割表面形貌,且相对于实测表面的D和Ra值波动均不大,说明分形插值表面具有很高的模拟精度。因此,利用分形插值模拟表面可以对激光切割表面进行有效的切割质量评价和形貌特征分析。     

考虑微观形貌影响的油封磨损分析

为探讨微观形貌对油封磨损的影响,提出一种包含微观形貌的多尺度模拟方法。该方法不仅涉及了径向力、磨损轮廓等要素,还能反映唇口粗糙峰、轴表面微螺旋槽等微观密封特性。建立油封磨损的仿真流程,模拟油封在润滑条件下的磨损,分析轴表面微螺旋槽数目、油封唇口粗糙度以及温度对油封磨损的影响。结果表明:密封区域内的微观形貌对油封磨损速率和密封性能有着不可忽视的影响;通过降低旋转轴表面微螺旋槽数目和油封唇口表面粗糙度,可以有效地减少旋转唇形密封的磨损;提高唇口表面粗糙度或使油温达到80℃以上,能够通过影响密封区流体动压分布从而提升泵吸率。     

齿轮全寿命过程轮齿形貌变化的试验研究

针对于齿轮全寿命过程中轮齿形貌变化的问题,用8个齿轮模拟磨损试验来模拟齿轮全寿命过程,然后用Taylor CL100形貌仪得到正常齿轮在模拟试验中形成的三维形貌,并计算它们的分形维数和三维粗糙度,最后对形貌参数进行分析得出齿轮全寿命过程中形貌的变化情况.结果表明:齿轮全寿命过程,齿轮轮齿表面三维粗糙度呈现比较明显的增长趋势;齿轮轮齿分形维数从正常磨损到轻微磨损过程增加比较明显,但从中度磨损到严重磨损增加不明显.     

基于分水岭算法的3D-motif构造及其对表面形貌的表征

表面形貌表征是实现形貌设计和控制的前提和基础。采用3D-motif法来表征表面形貌,运用分水岭算法得到3D-motif的原始划分,将3D-motif定义为由分水岭所包围的集水盆地,通过设定不同的阈值使单个motif逐渐合并,并给出了8个表征参数。将该方法应用于实际和模拟的工程表面,都能较好地表征表面的功能性结构纹理,为表面的功能性能表征提供了思路。     

扫描电子显微分析仪模拟系统

扫描电子显微分析仪是研究物质微观形貌的大型组合式仪器。扫描电子显微分析仪模拟系统(SSEM)能模拟扫描电子显微分析仪的基本原理、仪器结构、样品制备和操作过程,SSEM是在AppleⅡ微机上采用浮点BASIC语言开发的软件系统,具有较强的交互功能,操作方便灵活。由于采用了计算机图形显示技术,特别是动画技术,因而能形象逼真地模拟扫描电子显微分析仪操作的全过程。     

Lattice Boltzmann方法在枝晶生长模拟中的应用

将模拟流场和浓度场的Lattice Boltzmann方法(LBM)和一个模拟枝晶生长的改进cellular automaton(MCA)模型相耦合,模拟了合金凝固过程中单枝晶在纯扩散和存在对流两种条件下的生长行为.结果表明:在纯扩散条件下,枝晶呈现对称生长形貌;但存在对流时,枝晶的生长在上游方向得到促进,而在下游方向受到抑制,形成了非对称的枝晶生长形貌.模拟的纯扩散和对流枝晶形貌与前期的MCA-传输模型的模拟结果吻合较好.     

激光打孔过程的数值模拟

为描述Nd：YAG脉冲激光打孔过程中孔的形貌及温度场的变化规律,建立了三维激光打孔的物理模型,利用APDL语言进行编程,对激光作用区域施加高斯激光热流密度载荷,模拟打孔过程中的温度场分布,并利用单元生死技术模拟激光打孔形貌的变化过程。模拟结果：孔的形貌为圆锥形,光斑中心温度瞬间达到5．6×10^3℃,并以光斑为中心逐渐降低,等温线近似圆形.通过与实际打孔结果对比,发现模拟结果与试验结果相吻合。     

机械密封摩擦环粗糙表面的计算机模拟

用计算机模拟仿真机械密封摩擦环的粗糙表面,该方法能得到与工程实际较为吻合的密封环表面的三雏形貌,以及表面轮廓高度的分布数值,可用于为机械密封环表面润滑、摩擦等性能的数值分析提供数据输入.     

数字滤波法模拟粗糙表面的误差分析

计算机模拟加工表面是数值模拟研究表面形貌特征对摩擦和润滑性能影响的前提。基于低通数字滤波技术,通过比较计算机模拟表面和实测磨削表面的粗糙度、峰度、偏度、面积支承率和自相关函数,研究了低通数字滤波法模拟加工表面高度分布特征和自相关函数的精确度,并对加工表面模拟过程中产生的高度分布误差进行了具体分析和讨论。分析结果表明:低通数字滤波法在模拟非高斯粗糙表面时模拟精确度主要受目标表面高度分布特征的影响较大,而且该方法生成非高斯表面存在一定的局限性无法生成特定高度分布的粗糙表面。     

表面研磨对点接触弹流润滑的影响

利用计算机模拟获得磨削加工表面及其研磨后表面,完全数值求解磨削表面及研磨表面点接触弹流润滑,就研磨对润滑的影响进行分析与研究。结果得出,表面形貌的微观弹流效应导致局部油膜压力增大,研磨能有效减缓油膜压力波动,改善表面润滑性能。     

基于分形理论的齿面形貌模拟方法研究

为了研究齿轮的齿面形貌对齿轮啮合的影响,引入分形理论,从而实现渐开线齿轮的齿面形貌模拟。通过分形理论中的W-M函数、渐开线方程和螺旋线方程,并运用Matlab编程对渐开线直齿轮和斜齿轮进行齿面模拟,观察仿真发现:随着分形维数的增加,齿面形貌由不规则波动向平整过渡,因此适当提高齿面维数有利于齿面质量的提高。研究为后续进一步研究齿轮啮合过程中的力学特性提供了前期理论基础。     

基于正交试验法的孔槽耦合端面机械密封槽参数设计

为研究机械密封端面形貌对密封性能的影响,以具有孔槽造型端面的机械密封为对象,采用正交试验法研究螺旋角、槽深、槽径比、槽数4个参数对密封性能的影响,并应用Fluent软件对不同设计方案进行数值模拟.结果表明,研究相同数量的参数时,正交试验法比单参数法可节省80％以上的工作量,是一种十分高效的研究方法.通过模拟分析,得到以质量泄漏率、摩擦力为目标函数时的最优方案.极差分析结果表明,槽径比是对密封性能影响最大的参数.     

C/C复合材料微观尺度烧蚀形貌演变研究

为了模拟C/C复合材料高温烧蚀环境下的形貌演变规律,基于水平集算法,耦合扩散方程建立了C/C复合材料在微观尺度烧蚀模型,计算了C/C复合材料的微观形貌演变过程,并将计算过程中发现的圆柱形凸起形貌与C/C复合材料烧蚀后的微观形貌进行了对比,二者吻合较好。在此基础上,分析了气体扩散和非均匀氧化反应对纤维和基体烧蚀形貌演变的影响规律,为研究C/C复合材料微观烧蚀机理奠定基础。     

车轮转速对列车车轮磨损性能的影响

用JD-1型轮轨模拟试验机和赫兹模拟准则研究了车轮转速对车轮滚动磨损性能的影响;用SEM、EDS和硬度计等分析了车轮磨损表面形貌与硬度变化情况。结果表明:随车轮转速的增大,车轮磨损量呈现先减小后增大的趋势,滚动摩擦过程中致密氧化膜的形成与车轮磨损量的变化有直接的关系;随着转速的增大,车轮的磨损机制由磨粒磨损向疲劳和氧化磨损转变。     

等效拉深筋精细数值化模型与起皱模拟应用

提出一种等效拉深筋精细数值化模型。根据拉深筋与弹簧的作用效果相似的特点,在板料冲压成形动力显式算法中采用弹簧单元处理等效拉深筋模型,实时、同步地反映等效拉深筋模型的被动作用效果,能更准确地模拟冲压成形过程中板料的流动规律。实际汽车覆盖件实验结果表明,等效拉深筋精细数值化模型能够准确模拟拉延成形过程中局部起皱的产生、发展和最终起皱的形貌。     

磨合表面形貌的分形模拟研究

采用分形插值法模拟磨合期的45钢表面轮廓,并计算相关的模拟参量,得出模拟出的表面轮廓与实测的表面轮廓有统计相似性,因而可用模拟出的轮廓预测实际磨合匹配表面可能有的形貌。     

化学复合镀槽内流场的数字模拟

运用Fluent软件对实验中自行设计的化学复合镀槽内的流场进行数值模拟,用Gambit建立流体区域的实体模型,采用RNG型k-ε湍流模型及多重参考系法（MRF）处理搅拌区域。选取了多种搅拌转速进行计算模拟,并对计算结果进行定性检验分析。结果表明,计算所选的模型能较准确地反应镀槽内的速度场,在90～110r／min时,镀槽内的速度场最均匀。模拟结果将为实验研究提供指导,对提高复合镀层的表面形貌和组织性能具有一定的参考价值。     

扭动微动摩擦力数值分析

为揭示扭动微动接触表面摩擦力分布规律及其对表面磨损的影响,进一步丰富和完善扭动微动损伤机理,基于试验中扭动微动摩擦扭矩的变化,利用ABAQUS用户子程序Fric引入动态变化的摩擦因数,对扭动微动表面摩擦力学行为开展数值模拟分析。摩擦扭矩数值模拟和试验结果的对比分析验证了数值模拟方法的正确性。接触表面摩擦力分布及与试验磨损形貌的对比分析表明:摩擦应力的剪切作用对表面材料损失起着至关重要的作用,不同滑移区摩擦应力分布不同,故呈现的磨痕形貌不同。     

混沌对流中不同稀土元素对半固态铝合金初生相形貌研究

研究不同半固态稀土铝合金熔体混沌对流的表征及在不同电磁搅拌频率和时间下诱发的混沌对流对加入相同量La及Yb的半固态A356铝合金初生相形貌演化的影响。用Fluent流体力学软件模拟电磁场作用下A356铝熔液中微粒的流动轨迹,计算流动轨迹的混沌特征量Kolmogorov熵,发现只要适当施加电磁场,Kolmogorov熵值随电磁搅拌频率及时间的增大而增加。结合试验,添加两种等量不同稀土对A356铝合金初生相形貌影响,并施加不同搅拌频率及时间的试验参数后,两者都在搅拌频率30 Hz、搅拌时间15 s时,初生相形貌最理想,晶粒细小圆整且Kolmogorov熵值达到最大。但A356-Yb铝合金的初生相形貌优于A356-La铝合金初生相形貌。通过模拟和试验,混沌看似无规则但其中暗含着规律,加入的稀土和施加的磁场频率及时间都互相影响混沌对流下的合金初生相形貌。