振动修整过程中三维介质运动离散模型的研究

振动修整过程中,系统中介质运动状态的变化受多方面因素的影响。因此,对振动修整系统中修整介质的动态运动情况进行预测具有重要意义。为此,基于离散元方法(DEM)建立振动修整三维有限元模型,用于计算介质粒子间的相互作用,如法向接触力和切向接触力;然后,基于Hertzian接触力学的DEM模型预测了单个粒子在机械振动容器内的动态运动;研究了接触刚度、摩擦、阻尼等接触参数对介质运动的影响,确定了振动修整过程的临界修整参数;最后,对仿真结果进行了实验验证。结论表明,振动修整三维离散有限元模型能准确预测介质流动和局部撞击颗粒的介质运动,通过参数设置调整颗粒运动模式和速度,能够获得最大限度地提高材料的去除率。     

基于离散元的球磨机粉磨破碎率计算方法研究

为了解决球磨机粉磨破碎率公式实用性差的问题,开展了颗粒的破碎率参数受到颗粒性质和球磨机内碰撞能分布的影响分析,建立了球磨机破碎过程冲击粉磨模型,提出了基于离散元方法(DEM)的破碎率计算方法。通过球磨机DEM仿真得到碰撞能分布结果,对破碎率计算公式中的参数进行求解,得到了实验条件下的破碎率函数。对比了粉磨实验的破碎率。研究结果表明,推导公式计算的破碎率与粉磨实验值符合,能够准确反映颗粒破碎率变化状态;该方法为更精确地定量描述磨机粉磨过程提供了有效途径。     

刚体碰撞的Hertz接触力模型比较分析

对以Hertz接触理论为基础的四种接触力模型进行了比较分析,并通过两球一次对心碰撞过程数值模拟结果来进一步说明不同接触力模型的特性,仿真结果表明:与纯弹性接触力模型相比,Hunt-Crossley(H-C)接触力模型、Lankarani-Nikravesh(L-N)接触力模型以及Flores接触力模型由于考虑了碰撞过程中的能量损失,因此更加符合实际碰撞情形。此外后三种接触力模型中,H-C接触力模型和L-N接触力模型更适合用来处理大恢复系数的碰撞问题。在分析间隙机构的动力学特性时,可以为接触力模型的合理选择提供依据。     

基于绝对节点坐标法的钢索-滑轮系统动力学模型与响应迟滞特性

钢索-滑轮系统间的非线性接触特性严重影响了长距离软式传动系统变形及动态响应迟滞效应的准确计算。基于绝对节点坐标法建立了三维高阶钢索单元模型。在此基础上,建立了钢索-滑轮系统的动态接触模型,应用Hunt-Crossley接触模型计算法向接触力,采用LuGre微变模型计算较低相对运动速度下的切向接触力,准确描述了钢索与滑轮接触由动摩擦向静摩擦的转变过程。仿真结果与准静态实验结果的对比验证了模型的准确性,分析了钢索材料参数和末端载荷对钢索-滑轮系统动态响应以及钢索末端位移的影响。结果表明,钢索-滑轮系统的动态响应延迟时间由钢索材料特性及末端载荷决定;钢索末端位移主要受钢索刚度及末端载荷影响。相同条件下采用小比重钢索材料,适当增加末端载荷以增大钢索结构刚度,可减小系统传动中钢索的末端位移,有效提高钢索-滑轮传动系统的传动性能。     

基于数字图像处理方法的弹塑性倾斜接触冲击动力学试验与数值分析

针对弹塑性倾斜冲击问题,测量和预测冲击对象在接触冲击过程中的运动参数及接触力仍然是一个难点。考虑振动响应的影响,结合假设模态法和广义动量定理建立冲击对象的运动模型;根据Jackson-Green模型,将振动响应考虑到接触变形中,系统探讨和研究了弹塑性接触冲击过程中的接触力变化;基于数字图像处理方法,通过设计多标识点的冲击试验,描述与跟踪冲击对象在接触冲击过程中的运动规律,并对恢复系数和冲击后的运动参数进行试验与仿真对比分析。试验与仿真结果表明:滑动摩擦判断条件Δ呈W形分布,且存在3个临界冲击角,分别为27.5°、42.5°和58.4°;对于初始冲击角θ=45°,接触点冲击后反弹速度、角速度和恢复系数的仿真与试验结果基本吻合,其相对误差均小于5%,验证了所建模型的正确性。     

微间隙共形圆柱接触力模型的适用性分析

针对目前间隙铰接副接触力模型无法有效表述不同材料耗散阻尼效应,以及不适用于微间隙共形接触的问题,分析各种接触力模型中弹性接触力和耗散阻尼力计算方法的优缺点,提出一种普适性的圆柱内接触力分析模型。该模型将接触力描述为接触深度的显式函数,并将其适用范围有效地扩展至微间隙和低恢复系数工况。采用含间隙铰接副的曲柄-滑块机构进行动力学分析,对所提出接触力进行验证,计算结果表明:所提出的普适性接触力模型体现了微间隙时更高的接触刚度和低恢复系数时显著的阻尼效应,从而可为不同材料和间隙尺寸的间隙铰接副力学分析提供更为完备的计算模型。     

杆件与倾斜平面弹塑性接触冲击动力学建模与分析

针对垂直杆件冲击倾斜固体平面的弹塑性接触冲击问题,建立了杆件动力学方程和接触冲击各阶段瞬时接触力计算模型，系统地探讨和研究了运动参数和接触力变化规律；采用ODE45函数分析了杆件动能、接触点位置和速度、杆件角度和角速度等时变规律，恢复系数和永久变形与初始冲击速度关系，接触力与接触变形关系。研究结果表明：初始坠落高度越大，接触冲击时间越短且恢复反弹现象越明显；随初始坠落高度的增大，接触力与接触变形曲线呈相同变化趋势，但永久变形更接近于最大变形。开展了末端圆形杆件以不同初始坠落高度垂直冲击45°倾斜固体平面的试验研究，再结合已公开文献中恢复系数和永久变形的正冲击试验数据进行对比分析，结果表明，仿真与试验结果基本吻合，验证了所建模型的正确性。     

基于DEM的金属颗粒间接触力的影响因素

在金属粉末高速冲击压制中,颗粒间的高速碰撞是一个重要因素,研究其相互间的碰撞接触力传递过程是个难点。研究采用基于离散单元法(DEM)的PFC2D颗粒流程序,从微观层面着手,建立三颗粒碰撞模型,探讨碰撞过程中摩擦因素、碰撞速度、剪切模量对接触力传递的影响规律。研究发现,颗粒在碰撞过程中会发生转动,在碰撞的起始及收尾阶段,颗粒处于滑动摩擦状态,而中间阶段则因处于静摩擦状态,颗粒发生了转动。数值模拟结果表明:模壁摩擦系数几乎不影响颗粒的接触力及碰撞时间,而颗粒间的摩擦系数会同时影响法向及切向接触力的大小;碰撞速度越大,颗粒间法向重叠量就越大,相应的接触力峰值也越大;剪切模量的不同也会影响到颗粒间接触力的传递情况。这些结果可对金属粉末高速压制致密化机理的微观研究提供一定的指导作用。     

刀柄—主轴系统联结性能有限元接触分析

为提高高速加工的质量,采用有限元接触理论建立了刀柄—主轴系统的联结性能评测模型。对接触面上所有高斯积分点进行接触判定。计算任意两点间的法向距离和法向接触力,以判断是否进入接触状态;计算切向接触力以判断摩擦状态。用罚函数法将不等式形式的判定条件引入非线性有限元变分原理,采用完全New-ton-Raphson方法求解方程组。采用该模型仿真刀柄—主轴接触面的变形状况和应力分布,并用统计方法分析了拉刀力和转速对刀柄—主轴系统联结性能的影响规律。     

颗粒间粘连力的散体元研究

考虑颗粒在接触时的表面粘连力,利用有限元软件对颗粒的功率谱进行模型仿真,从仿真效果可以看出计算结果与试验结果具有良好的一致性。说明考虑颗粒间粘连力的阻尼力学模型是可行的,能更加准确地模拟颗粒间的接触情况。     

基于分形接触理论的薄板件钻孔夹具定位布局建模

为了提高薄板件钻孔夹具定位布局仿真模型的薄板件变形预测精度，提出一种基于分形接触理论的薄板件钻孔夹具定位布局建模方法。首先采用半弹性接触模型近似代替定位元件与薄板件之间的接触，并通过法向弹簧—阻尼单元模拟接触面的刚度和阻尼特性，然后借助分形接触理论获得定位点接触区域法向接触力与接触刚度、阻尼的关系，接着在通过有限元仿真得到各定位点处的法向接触力的基础上，求解每个定位点处的法向接触刚度与阻尼，最后建立薄板件钻孔夹具定位布局仿真模型，对薄板件钻孔后的变形进行预测。通过平板和曲板两个实例验证了所提建模方法的可行性和有效性。     

基于ADAMS的铁道车辆脱轨后动态行为分析

采用ADAMS仿真软件建立了脱轨前的车辆系统动力学轮轨接触模型和脱轨后的多刚体接触碰撞模型来研究制动盘对铁道车辆脱轨后运行行为的影响。为了真实地模拟车辆脱轨后的运行行为和接触力,接触模型包含车轮-轨道板和制动盘-钢轨两对接触,设置了合理的接触参数并使用了真实的三维几何外形和非线性接触算法。仿真结果表明,制动盘在车辆脱轨后与钢轨发生了连续的接触碰撞,可以抑制脱轨车辆进一步脱离线路。     

盘形滚刀载荷的神经网络预测

为了研究盘形滚刀破碎岩体的受力过程,利用PFC颗粒流软件对盘形滚刀破碎岩石的过程进行建模仿真,得到其滚动力、侧向力和法向力.引入三种神经网络(BP、ELM、RBF)构建模型,选取适当的函数训练模拟,截取颗粒流仿真得到的部分数据,对盘形滚刀的法向力进行预测,并且随机选取几组节点,比较误差优劣.通过预测结果分析得知,ELM极限学习机对该模型具有较高的预测准确度,可为试验或仿真模型提供预测分析,验证其正确性,具有一定的指导意义.     

含多间隙副特高压断路器传动机构动力学特性研究

为研究间隙对特高压断路器传动机构动力学特性的影响,利用非线性弹簧-阻尼模型模拟了接触碰撞中的法向力,利用修正的库仑摩擦力模型模拟了接触碰撞中的切向力,建立了该机构含多间隙副的多体动力学模型。运用多体系统动力学软件ADAMS,在特定工况下对传动机构的合闸过程进行了动力学仿真分析。仿真结果表明,运动副间隙对传动机构位移影响较小,但对速度和加速度影响较大,且随着间隙增大,这种影响越显著,机构的运动稳定性越差。     

基于虚拟样机技术的行星齿轮传动系统分析

利用实体建模软件UG建立了减速器行星齿轮传动系统的虚拟样机,并利用UG与动力学仿真分析软件ADAMS,将虚拟样机导入到ADAMS中建立仿真模型。齿轮啮合中轮齿间除了滚动接触外还存在相应的滑动接触,使轮齿间具有较大的摩擦了,针对传统赫兹理论形成的齿面接触力计算没有考虑齿间摩擦,将摩擦系数引入计算,得到了齿轮之间的接触力曲线变化。应用UG NX的"高级仿真"模块,建立行星轮有限元模型,通过解算器NX NASTRAN对有限元模型进行分析求解,得到行星轮在接触力作用下应变和应力分布情况,再根据设计要求对零件参数进行优化,使行星轮的结构既满足设计要求,又达到体积小和成本低。     

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。     

混凝土搅拌机三级斜齿轮减速器虚拟样机动力学仿真

将在SolidWorks中构建的混凝土搅拌机三级斜齿轮减速器的三维实体模型导入ADAMS中,建立减速器的虚拟样机模型。对虚拟样机模型施加实际约束和载荷,并在齿轮啮合处施加接触力,对各种接触参数进行设置,最后进行工作状态下的动力学仿真,得到齿轮转速及轮齿间接触力的仿真曲线,并将仿真结果与理论计算值进行了比较。不仅验证了虚拟样机模型建立的合理性,也为后续有限元分析提供了有效的边界载荷条件,使仿真分析更加具有实用价值。     

摆线钢球行星传动十字槽等速输出机构的力学性能

针对锥形或球形槽截面对十字槽等速输出机构啮合点力学性能的影响,提出等曲率半径双圆弧的十字槽结构。利用啮合点法向变形量与轴向微位移的几何关系,根据赫兹接触理论推导出轴向微位移计算公式。建立了十字槽四点接触力学模型;通过轴向力和力矩平衡方程,求得十字槽啮合点的法向力;分析了参数对法向力和接触区应力的影响规律。结果表明:十字槽啮合点的法向力呈周期性变化,钢球数对法向力的影响最大,输入轴偏心距对法向力的影响最小;增大钢球半径可减小接触区正应力以及切应力峰值,减小半径系数可减小接触区正应力以及切应力峰值。     

含间隙曲柄滑块机构运动副动态磨损研究

含间隙曲柄滑块机构中运动副的润滑情况不同于滑动轴承,其相对速度不足以形成动压润滑而处于边界润滑状态下.为了分析此状态下的动态磨损问题,考虑到含间隙运动副边界润滑时轴套的切向弹性变形和切向阻尼,结合考虑间隙运动副碰撞接触的非线性弹簧阻尼模型,提出边界润滑条件下的间隙副接触力模型,进而在此基础上推导出间隙副的动态磨损模型,并对含间隙曲柄滑块机构的运动副动态磨损进行数值分析.计算结果表明副元素间呈现出连续弹性变形现象,在连续变形接触处,动态磨损量较大使磨损加剧,并出现非均匀磨损.     

飞机柔性件铆装中的接触力建模与偏差分析

基于线弹性小变形假设,分析飞机柔性板件装配过程中的相互接触作用。提出了基于三角网格模型几何干涉分析的接触状态检测,采用部分析因设计方法（FractorialFactorialDesign）建立了接触力与接触节点间隙的线性关系,并在此基础上设计了接触平衡位置求解算法。通过与实验对比,验证了基于接触力模型的装配偏差分析模型预测柔性板件装配偏差的准确性。