粗糙表面切向接触刚度概率分析方法

针对粗糙表面微凸体的多样性引起的接触切向刚度的变化,提出粗糙表面切向接触刚度概率分析方法.基于Hertz理论和GW模型,考虑微凸体接触半径与高度均服从正态分布,得到各自的概率密度函数.运用接触力学和统计学原理,计算粗糙表面微凸体的个数,建立粗糙表面切向接触刚度的概率统计模型.采用控制变量法,研究外界载荷、摩擦系数和统计参数对切向接触刚度的影响,与同种工况下分形模型的计算结果与实验结果进行对比.研究结果表明粗糙表面切向接触刚度与法向载荷和摩擦系数成正相关,与切向载荷成负相关;微凸体之间高度或接触半径的正态分布标准差越小,切向接触刚度越大.这与同条件下分形模型及实验得到的结果趋势相一致.     

基于接触热阻的高速精密电主轴热特性分析

主轴系统热问题是高精度机床必须要考虑的关键问题,接触热阻的大小影响机床的传热性能,从而影响其加工精度. 利用表面接触的分形理论,计算接触面的量纲一的接触面积,针对接触微凸体的热阻由基体热阻和收缩热阻形成接触对,建立了一个考虑接触界面基体热阻和收缩热阻的表面接触热阻模型,讨论了不同的分形参数对接触热阻的影响. 以立式加工中心电主轴系统为研究对象,分析了电机的损耗发热和轴承的摩擦发热,运用有限元软件对电主轴模型在有无接触热阻2种情况下的稳态温度场和稳态热变形进行仿真分析. 讨论了有无热阻情况下电主轴温度和变形变化量,论证了接触热阻对电主轴热温度场和热变形的影响. 结果表明:电主轴考虑接触电阻时温度将升高,变形将增加.     

各向异性粗糙表面的接触性能研究

本文通过对Onions-Archard的理论接触模型进行扩展,研究了由指数衰减可分自相关函数和高斯高度分布函数模拟的各向异性粗糙弹性表面和光滑表面接触时的接触性能,将粗糙表面润滑效应研究中常用的表面模拟方法和粗糙表面接触性能研究的理论模型联系了起来。在单个微凸体接触参数计算中,引进了适当的近似公式,简化了不同椭圆比时的接触参数计算,计算结果表明,当椭圆比1/γ>1时,各向异性粗糙表面的接触载荷,接触面积和平均接触压力均小于各向同性粗糙表面的值。     

表面形貌对流体动压润滑和摩擦的影响

为探求表面形貌参数与粗糙接触界面流体动压润滑和摩擦性能之间的关系,应用有限差分法求解雷诺方程,结合膜厚方程和剪切力(摩擦力)方程,获得了随机粗糙表面接触压力和摩擦力的三维分布状态.通过对三维粗糙随机接触表面进行计算机模拟仿真,理论模型和计算方法得到了验证.随机粗糙接触载荷和摩擦力均随ISO 25178表面形貌参数国际标准中表面高度均方根偏差、表面高度分布偏态和表面展开面积比的增加而非线性增加,随自相关最快衰减率的增加而显著减小,揭示了表面形貌中"峰"和"谷"的特征对接触界面承载能力和摩擦力的影响.研究结果为进一步表面形貌的功能性表征研究提供了理论基础.     

尺度相关的分形粗糙表面弹塑性接触力学模型

依据分形理论,研究了粗糙表面间的真实接触状况,建立了粗糙表面间的分形接触模型。考虑微凸体的等级,确定了弹性临界等级、第一弹塑性临界等级和第二弹塑性临界等级的表达式,研究了粗糙表面中单个微凸体的弹性、弹塑性及完全塑性变形的存在条件,推导出各个等级微凸体的临界接触面积的解析式。在此基础上应用微凸体的面积分布密度函数,获得了接触表面上接触载荷与真实接触面积之间的关系。计算结果表明:单个微凸体的临界接触面积是和微凸体的尺度相关,随着微凸体等级的增大而减小;微凸体的变形顺序为弹性变形、弹塑性变形和完全塑性变形,与传统的接触模型一致;在整个粗糙表面接触过程中,粗糙表面变形过程与单个微凸体的变形过程一致;最大微凸体所处的等级范围不同,粗糙表面所表现的力学性能也不相同。     

用改进的激光脉冲法测定固体材料热物性的实验研究

用改进的激光脉冲法对低导热系数的固体材料的导温系数进行了测定。文中介绍了实验装置和试样的制备。在数据处理中,采用了作者先前提出的考虑散热损失和接触热阻的理论模型。用一种新的非线性最小二乘拟合算法确定出了试样的导温系数。实验结果表明这一算法是可行的,拟合结果唯一。在估算出适当的散热损失和接触热阻的条件下,改进的理论模型也显著地提高了实验精度。     

滑动摩擦力分形预测模型

从一对微凸体的接触力学和运动学分析出发,建立了非流体动力润滑条件下粗糙表面滑动摩擦阻力与粗糙表面接触状态间的关系,基于分形几何理论,推导出滑动摩擦力分形预测模型,并从理论上对该模型的正确性进行了分析。     

基于接触表面非均匀压强分布的栓接结合部动力学模型

针对栓接结合部在多螺栓耦合作用下接触表面压强不均匀分布的特点,提出基于接触表面非均匀压强分布的栓接结合部动力学模型。假设栓接接触表面在宏观尺度上为平滑表面,基于有限元方法获得表面压强分布规律。栓接表面微观尺度上为粗糙表面,采用分形接触理论,建立基于表面接触压强的栓接结合部法向和切向刚度阻尼模型。构建框型栓接结构件实验装置,并通过模态测试获得栓接结构件在不同预紧力下的固有频率和频响函数。与仿真结果进行对比,所提出的模型能够准确描述栓接结合部动态特性。     

卡皮查热阻对池内液氦传热的影响

本文叙述换热的相界面间普遍存在的接触热阻——卡皮查热阻对低温传热所起的重要影响。根据液氦Ⅰ和氦Ⅱ池内瞬态传热过程实验结果的分析表明,液氦Ⅱ池内传热由于HeⅠ层的生成,卡皮查热阻包括了固体—HeⅠ相界面和HeⅠ—HeⅡ相界面接触热阻;可用修正的施密特方程式来估计卡皮查热阻对HeⅠ池内沸腾传热的影响。     

具有正弦波模型间隙流动的研究

把粗糙表面简化为近似正弦波形状的平面模型,研究了平面粗糙度对缝隙流动的影响。通过对高频正弦粗糙表面模型建立N-S(Navier-Stokes)方程和液流连续性方程,采用逐步迭代法求出一级和二级压力、流速分布规律,以及适用于光滑表面、粗糙表面的流量公式,并求出表面粗糙度对流量影响的流量修正系数。实验结果与理论计算结果基本吻合。     

高速滚珠丝杠副非赫兹接触应力计算

在滚珠丝杠副运动过程中,滚珠与滚道之间的摩擦和磨损导致滚珠丝杠副精度衰退,降低其精度保持性.针对高速滚珠丝杠副螺旋线滚道接触区域的非对称性,采用传统的赫兹接触理论对丝杠和螺母滚道接触几何形状和关系的计算存在较大误差,提出了一种基于最小余能原理对高速滚珠丝杠副滚珠与滚道之间的法向接触应力进行分析计算的方法.首先,基于Fr...     

用B-可微方程组求解接触问题的一种推广

对于接触问题,当接触点对较多时,方程组的求解效率降低很多,而且对于某些多体接触问题,由于刚体位移的存在,柔度阵不易计算.为此,本文利用接触条件的B-可微方程组形式,提出了一种不需形成柔度阵的求解方法.求解时对于不同的接触状态,根据B-可微方程组进行变量替换,再求解整体平衡方程,然后把替换的变量进行恢复.数值算例表明,对于弹塑性接触问题,可大大提高收敛性和计算效率,对于某些不易计算柔度阵的多体接触问题,也可进行求解.     

燃机端面齿微动磨损分析及数值仿真

运用Archard磨损定律以及接触力学理论,研究了燃机端面齿楔形接触面在不同交变载荷力作用下接触面接触压力、接触宽度、间隙量、滑移量等接触特征参数随磨损过程的变化发展规律.结果表明,接触齿面的磨损是由于接触面间反复的相对滑动、磨损导致了接触面几何形貌以及接触压力的改变,这些因素又反过来影响磨损过程.各参数具有时间依赖性...     

一种加载轮齿接触分析的通用模式

研究了齿轮动力传动过程中轮齿啮合状态的数值仿真方法－加载轮齿接触分析。通过分析齿轮传动的一般过程及其加载啮合条件，建立了一种适用于各类点接触齿轮、线接触齿轮的轮齿啮合状态分析的通用模式。由此可以求出齿轮动力传动过程中任一时刻参与啮合的轮齿数、齿面接触区的位置形状及接触压力分布、齿轮传动误差、轮齿载荷分配等。     

凹坑型仿生形态环块样件接触问题有限元数值模拟

利用ANSYS建立了环块样件接触的实体模型,将齿轮接触问题进行了等效简化;根据ANSYS接触问题的有限元分析方法与仿生学表面形态优化设计技术,在环块样件的接触面区域形成了九种不同分布的凹坑型仿生表面微观形态,完成了光滑环块样件与九种凹坑型仿生形态环块样件接触问题的三维有限元数值模拟,进行了光滑与凹坑型仿生形态环块样件接触应力的对比分析,得出:仿生形态环块样件接触区域接触应力峰值高于光滑样件,但仿生形态环块样件接触区域的平均接触应力值低于光滑形态。     

基于损伤理论的颗粒材料接触摩擦特性研究

颗粒材料的接触摩擦特性非常复杂.将颗粒材料法向非弹性接触看成是一种接触损伤,根据连续损伤理论,在引入合理假设的基础上,定义了颗粒材料的接触损伤变量,建立了相应的损伤演化方程,结合Lemaitre等效应变假设,研究了颗粒接触损伤对颗粒体材料接触摩擦特性的影响.结果表明,颗粒接触损伤模型能较好地预测颗粒材料法向压力-接触变形特性;考虑接触损伤后,接触面上的法向应力分布更为平缓,接触面积增大,并能较好地预测颗粒材料切向微观位移特性.     

磁头窝点与舌尖弹塑性接触有限元分析

通过对磁头悬架窝点与挠臂舌尖的弹塑性接触条件和状态进行理论分析,采用有限元仿真方法,建立了在完全粘着条件下悬架窝点与挠臂舌尖的接触有限元模型.得到了弹塑性接触范围内载荷、平均接触压强、接触面积与法向位移的关系.并研究了不同舌尖模型对载荷、平均接触压强和接触面积的影响.通过对比发现,在相同无量纲化法向位移下,弹性舌尖模型的载荷、平均压强、接触面积比刚性舌尖模型的大.可为研究窝点与舌尖的微动磨损磨屑的产生机理及控制方法奠定基础,同时该有限元模型可应用于其他类似的弹性平面与弹性球的接触分析.     

强夯法的动力接触分析

在强夯法加固地基机理的分析中,夯锤底部与地基表面的动接触应力计算是关键技术问题。采用动力接触有限元法分析强夯中夯锤对地基土的冲击碰撞过程,建立动接触力与速度之间的接触关系式。对一具体算例进行了强夯动力接触分析,得到了夯沉量及动接触力在强夯作用时间内的变化规律,为精确模拟分析强夯加固机理提供了有效途径。     

GIS设备用表带触指电连接结构接触电阻的分形理论计算与分析

电连接结构的接触电阻（ECR，Electrical Contact Resistance）是评价电接触系统可靠性的重要指标。表带触指是环保气体GIS设备中重要的电连接部件，其ECR不仅影响回路总电阻，通流过大导体振动、安装不当等因素还会导致电接触不良，引发触指局部过热，引起绝缘放电等故障，直接关系到环保气体GIS设备的运行稳定性。为研究触指ECR产生机理和变化规律，本文采用MATLAB和激光共聚焦显微镜捕捉接触区域灰度图像，获得了触指接触区域的名义接触面积Aa和分形维数D，运用分形理论模型，数值计算了表带触指电连接结构的ECR，并通过ECR试验测量，验证了应用分形理论模型解析计算表带触指电连接结构ECR的合理性和准确性，研究了表带触指电接触过程中的弹性变形、第一弹塑性变形、第二弹塑性变形和塑性形变形四个阶段，对比分析了不同分形维数对触指电接触实际接触面积的影响规律。研究发现分形理论模型可用于GIS设备用表带触指的接触电阻理论计算，且得到触指电接触表面分形维数越大，触点变形越先进入弹塑性阶段，也越易进入第二弹塑性变形阶段，触指表面形貌越复杂，达到相同承载能力所需实际接触面积越小。研究成果有助于环保气体GIS电连接结构的优化设计，可为环保气体GIS设备触指电连接结构的多物理场计算和电接触性能的状态评估提供理论基础。     

基于相干分析的接触导线高度不平顺不利波长研究

为了更深入地了解接触导线高度不平顺特性,基于相干分析,研究了接触导线高度不平顺不利波长区间.将国内高铁线路实测接触导线高度不平顺数据作为激扰引入弓网耦合动力学模型中,经仿真计算得到不同速度等级下弓网间接触力的统计量.对弓网间接触力与接触导线不平顺作相干分析,研究不同速度等级下影响弓网耦合接触的不平顺不利波长区间和最不利波长.结合分析接触线导高不平顺谱,探讨了不利波长的产生原因.研究结果表明,接触导线高度不平顺最不利波长一般为跨距或者２倍吊弦间距长.