集中荷载作用下FRP圆弧拱的面内非线性弹性失稳研究

本文开展了集中荷载作用下FRP圆弧拱的面内弹性失稳理论研究,基于能量变分原理建立了拱的非线性平衡方程,提出了FRP拱修正长细比计算公式,推导了拱失稳临界荷载解析解.通过有限元数值解验证了理论公式的正确性,着重分析了铺层角度、铺层厚度及矢跨比等设计参数对FRP拱失稳临界荷载的影响.研究结果表明,铺层方向显著影响拱的失稳临界荷载;对于单种角度铺层的截面,保证铺层总厚度不变条件下,仅增加铺层数量并不会引起失稳临界荷载量值的变化;拱矢跨比在1/10～1/3范围内变化时,失稳临界荷载随着矢跨比的增大而增大,且随着矢跨比的增加,增长速率逐渐下降.     

无磨损滑动摩擦热力耦合的ABAQUS二次开发与应用

滑动摩擦热对材料物理特性和应力水平有显著的影响,开发能再现滑动摩擦过程的数值模拟方法对克服试验中物理量测量的不方便、节省试验成本有一定意义.在借鉴摩擦界面原子振动理论关于摩擦因数计算的基础上,利用ABAQUS提供的用户摩擦子程序VFRIC二次开发平台编写了考虑不同滑动摩擦因素（接触压力和相对滑动速度）的摩擦模型,结合实例对无磨损金属干摩擦情况下的摩擦热应力与机械应力耦合进行了模拟分析,以验证二次开发模拟方法的有效性.     

临界污垢层厚度的提出与确定

基于污垢影响传热过程的特性出发,提出临界污垢层厚度的概念并给出相关算式,讨论相关参数对临界污垢层厚度的影响,并和临界热绝缘层厚度进行比较。研究结果表明,临界污垢层厚度在一定条件下可用来解释结垢初期传热强化的现象;临界污垢层厚度的大小受到流体的质量流量、流体的物性以及污垢层本身的导热系数等参数的影响;临界污垢层厚度的存在受具体的对流换热条件限制;尽管污垢层和热绝缘层都是热的不良导体,但临界污垢层厚度不同于临界热绝缘层厚度。      

混合润滑工况下粗糙表面摩擦副的热流体动力分析

本文以金属滑动摩擦副为研究对象,根据统计等效的观点,推导了粗糙表面滑动摩擦副的能量方程和雷诺方程,对粗糙表面金属滑动摩擦副的热流体动力性能进行了分析。研究了粗糙表面的纹理方向和相对滑动速度对混合润滑工况金属滑动摩擦副的摩擦系数、承载能力和温度分布的影响,其中考虑了局部区域的表面膜丧失对摩擦副润滑性能的影响。研究结果表明:粗糙表面纹理方向、粗糙度参数β对摩擦副的润滑性能有较大的影响。局部表面膜的丧失对摩擦系数具有很大影响,在相同的无量纲间隙时,较大的相对滑动速度对应着较大的摩擦系数。实验和理论结果之间具有较好的一致性,说明本文所提供的分析软件和方法是可行的。     

摩擦的产生机理与分类

在实际生产生活中滑动摩擦和滚动摩擦更为常见。滑动摩擦产生的主要是粘着效应和犁沟效应产生阻力的总和。滚动摩擦产生的原因为微观滑动,塑性形变,弹性滞后,粘着效应的总和,不同情况各种因素所起的作用不同。现代机械设备中许多摩擦体在高速、高温、低温、真空等特殊工况下工作,它们的摩擦特性不同于一般工况下的摩擦。     

非均布荷载作用下煤柱-顶板系统的失稳分析

针对实际工程中作用在煤柱-顶板系统上的荷载为非均布荷载的现象,研究了煤柱-顶板系统在非均布荷载下的失稳机制。基于温克尔假设,把坚硬顶板视为弹性梁,把煤柱等效为连续均匀分布的支撑弹簧,从而形成煤柱-顶板相互作用系统的力学模型;基于尖点突变理论,对采空区煤柱-顶板系统失稳机理进行了探索,导出了该系统失稳的充要力学判据,并得出了顶板破坏的临界厚度;同时,分析了影响系统失稳的主要参数,并给出了若干工程建议;最后以甘肃省某煤矿为例,计算了该矿体的临界顶板厚度。所得结果为进一步研究煤柱-顶板系统的失稳机制和制定相关规范提供了参考。     

钻杆钻进扰动下顺层瓦斯抽采钻孔孔壁失稳机制

为了探讨钻杆钻进扰动对顺层瓦斯抽采钻孔孔壁失稳破坏的影响规律,基于赫兹接触理论,推导钻杆与瓦斯抽采钻孔发生摩擦时滑动接触应力分量计算公式,建立钻杆钻进扰动下孔壁附近复合应力场的分析计算模型,分析孔壁的复合应力场,运用有限元分析软件Abaqus对计算结果进行验证;最后,依据Mohr-Coulomb强度准则,对防止孔壁失稳的临界钻进参数进行分析。结果表明：钻杆位于瓦斯抽采钻孔正下方时,孔壁复合应力场中的最大主剪应力取得最大值;最大主剪应力位于接触表面,若超出煤岩的抗剪强度,则会在此处发生剪切破坏;降低钻杆公转率以及钻杆与瓦斯抽采钻孔孔壁的摩擦系数可以提高钻进过程中孔壁的稳定性;钻杆与瓦斯抽采钻孔之间的环空间隙越大,临界钻压越小。研究结果可为顺层瓦斯抽采钻孔钻进工艺参数选择提供理论指导。     

高温下具有弹性支座钢构件的动力稳定荷载

根据弹性稳定理论原理研究了弹性支座钢构件在高温环境下的动力特性问题,导出了高温下杆件的动力稳定临界荷载计算式,并讨论了保护层厚度、长细比、阻尼、材料特性等因素对杆件动力稳定临界荷载的影响,探讨了在实际工程中如何减小结构失稳的问题,可为钢结构抗火设计提供参考.     

干气密封摩擦副启停阶段摩擦特性的仿真研究

针对干气密封非稳态下摩擦特性对密封性能的影响进行研究,考虑动、静环材料属性,微凸体之间的相互作用以及摩擦热流耦合,建立了三维粗糙实体与理想光滑刚体滑动摩擦热力耦合模型。运用ANSYS软件数值模拟了摩擦热以及应力变化规律。研究发现,粗糙表面最高接触温度随滑动时间增加呈逐步上升趋势,并且温升呈 现了一定的波动性;粗糙表面的VonMises等效应力分布极其不均匀呈非线性变化;同时,还发现最大x 方向应力分量σxx 并未出现在最高接触微凸体上;在沿三维粗糙实体厚度方向存在一拉应力区,随着滑动时间的持续,拉应力区有一定程度扩大。从而说明两端面间的温升和波动性以热传导为主要影响因素,应力的变化是由于微凸体发生了弹塑性变形。研究成果为今后干气密封启停阶段特性研究以及参数优化奠定了基础。     

轮胎橡胶的冰面砂砾摩擦研究

为了了解在同一滑速、压力、温度下轮胎橡胶材料在撒布矿物质的冰面滑动时的平均滑动摩擦系数与所使用砂粒质量之间的关系,进行了橡胶块在粗糙面上的摩擦滑动实验,并根据对实验数据的分析给出了平均滑动摩擦系数与砂粒质量之间的简单关系式。     

摩擦提升滑动时衬垫瞬态温度场数值模拟

根据钢丝绳与衬垫间的摩擦传动方程以及摩擦提升滑动过程特性,基于热传导理论构建了衬垫瞬态温度场模型;应用积分变换法推导出衬垫温度场解析计算式．以摩擦提升超载滑动的2种工况为例,对衬垫温度场进行仿真试验,结果表明：滚筒静止时,衬垫温度随围包角增大而增大,且随相对滑速的增加而急剧升高;当滚筒转动时,衬垫温度在受热和散热循环中上升,总体温度较滚筒静止时低且较小围包角处温升滞后．摩擦热量集中在热影响表面层,其厚度仅为4mm,接触表面温度梯度最大,沿绳槽径向迅速减小;温度梯度和热影响表面层厚度随相对滑速的增大而增大;衬垫温度沿径向急剧降低且随圆心角增大而减小;并得到了2种滑动工况下衬垫失效时的相对滑速和滑动距离,为摩擦提升防滑设计提供理论依据．     

径向热应力对离合器摩擦对偶钢片变形的影响

建立了径向热应力作用下摩擦对偶钢片各阶临界屈曲应力计算模型,应用临界屈曲应力计算模型定量分析了厚度、径向温差等参数对摩擦对偶钢片临界屈曲应力的影响,并通过离合器台架实验验证了模型的正确性。结果表明:径向温度梯度产生的径向热应力会导致摩擦对偶钢片屈曲变形;摩擦对偶钢片不同屈曲阶数对应的临界屈曲应力不同,低阶屈曲对应临界屈曲应力较小;不同边界约束条件对应的临界屈曲应力不同,外径简支边界条件对应临界屈曲应力较小,即相同厚度摩擦对偶钢片,外齿摩擦对偶钢片较内齿摩擦对偶钢片更容易发生屈曲;通过增加摩擦对偶钢片厚度可明显提高其抗屈曲变形的能力,内、外径简支条件下2mm厚的摩擦对偶钢片厚度同时增加1mm,抗屈曲变形能力可分别提高125.4%和125.9%。     

顺倾向层状岩质边坡溃屈破坏分析

为了解顺倾向层状岩质边坡的溃屈破坏特性,根据多层层状岩质边坡的溃屈破坏模式,并考虑静水压力和地震的影响,建立了相应的力学模型.采用特殊函数理论进行分析,得出各层岩体溃屈曲线的理论公式,对此类边坡溃屈破坏的临界坡长和破坏位置进行了求解.分析了岩石弹性模量、层间滑动面强度、岩层厚度、层面倾角等因素对此类边坡溃屈破坏临界坡长的影响.针对工程实例的分析结果与实际情况符合较好,证明了该理论的正确性.     

路面分形和橡胶特性对轮胎滑动摩擦因数的影响

对橡胶黏弹性进行了简化计算,建立了结合路面分形特性和胎面橡胶特性的滑动摩擦因数改进模型。与修正的Savkoor滑动摩擦因数进行对比,验证了改进模型的有效性。利用改进模型对不同路况、不同胎面橡胶对滑动摩擦因数随速度变化的影响规律进行了仿真分析。仿真结果表明:改进模型能够将道路特性和胎面橡胶特性有机结合,在避免使用较难获得参数的情况下还能够准确地分析不同滑动速度下不同路面和不同橡胶特性对滑动摩擦系数的影响,为系统分析印迹的显隐特性提供了理论基础。     

衬层弹性变形对水润滑结构润滑性能的影响分析

以水润滑轴承为例,利用有限元耦合算法数值计算了水润滑结构的弹流润滑模型,从理论上分析了具有不同弹性模量值和厚度值的橡胶衬层弹性变形对水润滑结构水膜压力、水膜厚度和摩擦磨损特性的影响规律。研究表明:衬层弹性变形对水润滑结构的弹流润滑性能有着非常大的影响,其影响效果在弹性模量值和厚度值较大时更为明显;相同的工况下,随着衬层弹性模量值的减小,水润滑结构的轴向和周向水膜厚度皆升高,水膜压力降低,压力作用区域扩大,弹流润滑效果更好,从而减轻了结构的摩擦磨损;一定程度上,衬层弹性模量的降低和衬层厚度的增加在增强水润滑结构的弹流润滑效果上是等效的。     

滑动磨损表层组织的α—γ相变及白层组织特征研究

本文通过X射线衍射、扫描电镜、透射电镜分析,研究了新型奥氏体—贝氏体双相混合组织在边界润滑滑动摩擦磨损过程中试样表面层的α(?)γ相变准动态变化规律以及磨擦表面所产生的“白层”组织结构特征。研究结果表明:在滑动磨损过程中明显发生α(?)γ相变,形成高达40～65％的摩擦奥氏体。“白层”组织是由具有不同特征的两个亚层组成,而不是单层结构,是摩擦马氏体和大量摩擦奥氏体的混合组织,其主要特征为超细晶粒、高密度位错、显著硬化,显微硬度达1500左右。     

金属镍和聚四氟乙烯微粒复合电沉积的研究（Ⅲ）：———复合膜 …

由电沉积法得到的金属镍和高分子聚四氟乙烯（ＰＴＦＥ）复合膜层具有优良的减摩、自润滑性能。对所研制的金属镍和高分子聚四氟乙烯复合膜层的硬度、摩擦性能、形貌观察等进行了测试。实验结果表明镍－聚四氟乙烯镀层有较低的滑动摩擦系数，在同样条件下，与镍镀层相比，其滑动摩擦系数下降三分之一左右。     

滑动可缩井壁内壁的纵向稳定性分析

根据地基反力法理论,利用最小势能原理,对滑动可缩井壁内层井壁的纵向稳定性进行了研究,得出了井筒临界长细比的计算公式．计算结果表明,内层井壁有可能失稳．并首次提出：当所用滑动层很软时,设计时应验算内层井壁的纵向稳定性．     

基于改进平均流量模型的离合器接合特性仿真

针对液力机械变速器湿式多片离合器的结构特点,研究了离合器摩擦副表面粗糙接触、摩擦材料的可渗透性和润滑油液的离心力,改进了平均流量模型,建立了修正的雷诺方程用于计算接合过程中油膜压力和油膜厚度的变化规律。采用Greenwood-Tripp接触模型,建立了单摩擦副承载力方程和转矩方程。通过研究摩擦片和对偶钢片相对滑动产生的摩擦热以及润滑油对摩擦副的冷却作用,获得了被动摩擦片的角速度、油膜厚度以及摩擦转矩等离合器接合过程工作特性的变化规律。最后,仿真分析了摩擦副的工作参数和材料特性对接合转矩的影响规律。     

关于滑动摩擦力方向问题的探讨

本文通过实例，详细地讨论了无论物体处于什么状态（静平衡状态,临界平衡状态，或是滑动状态），滑动摩擦力的方向都可以任意假设.