提升钢丝绳多体动力学仿真及股丝应力分析

钢丝绳作为起重机提升系统的关键部件,在牵引提升过程中将承受拉伸、弯曲、振动和冲击等多种载荷作用,因此研究复杂载荷下钢丝绳动力学特性,掌握钢丝绳的应力应变状态对提前管理起重机吊装作业风险有重要作用。以桥式起重机为工程背景,首先建立基于ADAMS/Cable的钢丝绳提升系统的动力学模型,计算获得了钢丝绳在提升过程中的动态应力谱。其次通过建立钢丝绳的几何模型和有限元模型,分析起重机在提升过程中钢丝绳的拉伸应力和钢丝位移分布及其钢丝绳与滑轮及钢丝绳内部各丝的接触应力。结果表明,钢丝绳启动瞬间,瞬时加速度使钢丝绳承受最大拉应力比稳定提升阶段增大37%,导致钢丝绳横截面应力幅值升高,钢丝绳在提升过程伴随不稳定的振动载荷。分析发现钢丝绳外股最外层钢丝横截面承受应力最大,其局部最大拉伸应力幅值比稳定提升阶段提高了56%。钢丝绳与滑轮接触产生的接触应力对钢丝绳外部及内部股丝产生接触磨损,促进钢丝绳发生磨损疲劳断裂。     

弹塑性疲劳微弯裂纹CTOD及J积分问题

从理论上比较精确地研究了疲劳载荷作用下弯曲延伸裂纹尖端塑性区域边界上的交变正应力和交变剪应力的分布状况.综合考虑了疲劳作用应力、塑性区域交变正应力和交变剪应力,利用二阶摄动方法,研究分析了疲劳载荷作用下弯曲延伸裂纹尖端塑性区域的范围.利用二阶摄动方法与卡氏定理计算了疲劳载荷作用下弯曲延伸裂纹尖端张开位移的最大值及变化幅值.以弯曲延伸裂纹尖端塑性区域的边界曲线为积分回路,求解了疲劳载荷作用下弹塑性弯曲延伸裂纹尖端J积分的最大值与变化幅值.为有效地预测及驾驭疲劳载荷作用下工程结构裂纹的弯曲扩展提供了理论依据.     

非均匀外压下含磨损缺陷套管的挤毁极限载荷分析

采用非线性有限元方法，按平面应变问题处理，分析了含磨损套管受井下非均匀外压作用时的挤毁极限载荷及挤毁失效方式，同时计算了含磨损套管受均匀外压作用时的挤毁极限载荷，与试验结果比较吻合。研究结果表明，套管在均匀外压下发生挤毁时，极限载荷最大，挤毁模式是套管磨损部位的管壁向管外凸出，屈服区主要分布在套管塌陷部位外壁及磨损部位的内壁。非均匀外压下发生挤毁时，挤毁模式是套管磨损部位的管壁向管内方向塌陷，屈服区域主要分布在套管挤毁后凸出部位内外壁及塌陷部位的内外壁。且外压分布越不均匀，挤毁极限载荷越低；套管偏心度越大，抗挤能力越差。     

正畸中牙根形态对牙根应力分布的影响

对比分析正常形态和牙根弯曲的牙齿在正畸力作用下牙根及牙周膜的应力分布,为临床上不同形态牙齿的正畸方案提供参考.选用正常形态和牙根弯曲的上颌侧切牙,考虑相同的牙槽骨,基于CT扫描分别建立三维有限元模型,施加与整体移动、倾斜移动和压入移动相对应的载荷,对两个模型在相同载荷作用下牙根和牙周膜的von Mises应力进行比较.结果表明,3种载荷工况下,两种形态牙根的应力分布规律相似,整体移动和倾斜移动的载荷作用下,应力都是自根尖向牙槽骨嵴顶处逐渐增大;压入移动的载荷作用下,在远中根尖附近都出现一个应力集中区,牙根应力的最大值就在这个区域.然而,各载荷工况下,弯曲牙根模型的牙根和牙周膜的应力值都明显高于正常形态牙根模型,特别是压入移动,很可能导致牙根吸收.牙根弯曲会导致牙根及牙周膜应力的增高,正畸治_疗中应考虑牙根形态异常对某些移动方式不利的情况,以采取相应的措施.     

球-平面接触条件下扭动微动磨损接触区的力学行为分析

以GCr15球/PMMA平面发生扭动微动接触为研究对象,应用工程软件研究扭动微动磨损接触区的力学行为。分析当扭动角度由0.5°增大至5°时,考察接触表面的等效应力、等效塑性应变和摩擦切应力分布,以及粘着区大小的变化,并与实验结果进行对比分析。结果表明:在法向载荷和摩擦系数一定的情况下,随着扭动角度的增大,等效塑性应变有较明显的增长,最大摩擦切应力微幅增大且向接触中心靠近,粘着区范围减小;与摩擦磨损试验所得的相应工况下磨痕形貌图吻合度较好。     

斜齿轮三维弯曲有限元模型及应力分析

为了应用有限元法精确求解斜齿轮的弯曲应力,根据斜齿轮啮合原理,提出了斜齿轮啮合接触线确定方法.采用有限元ANSYS软件的参数化设计APDL语言,开发了自动完成斜齿轮三维弯曲有限元建模与应力分析程序模块.以某型货车变速器齿轮为研究对象,建立了相应的斜齿轮三维弯曲有限元模型,通过斜齿轮三维有限元分析与齿轮承载能力计算ISO标准结果比较,说明所建立的斜齿轮三维弯曲有限元模型不但可以准确反映斜齿轮的三维应力分布,而且可以精确求解斜齿轮不同啮合位置的齿根应力.     

动载荷作用下的弹塑性微弯裂纹塑性区

主要研究动载荷作用下的弹塑性弯曲裂纹的塑性区.通过分析论证,比较精确地确定了弯曲裂纹尖端塑性区域边界上动态正应力与动态剪应力的分布状况.综合考虑了动态作用应力、塑性区域边界上动态正应力与动态剪应力,利用二阶摄动方法,计算了弯曲裂纹尖端塑性区域的范围;利用二阶摄动方法预测了动载荷作用下弹塑性裂纹的扩展路径.比较了弯曲裂纹与直线裂纹动态断裂特性的连续性与统一性.论证了弹塑性动态断裂特性与线弹性动态断裂特性的连续性与统一性.建立了一个计算弯曲裂纹尖端动态塑性区尺寸的崭新理论模型.     

盐水泥浆中碳钢的腐蚀疲劳断裂

钻井液中钻具因受到各种作用应力,加上井下高温高压的腐蚀环境,使其易发生腐蚀疲劳断裂。为探讨钻具的断裂过程以期能找到有效的防护措施,实验室内建立了模拟试验装置。针对盐水泥浆中４５钢的腐蚀疲劳断裂行为,通过自制的旋转弯曲腐蚀疲劳试验机,模拟钻具的运转受力情况,研究了不同泥浆介质、应力、载荷频率和温度对４５钢腐蚀疲劳断裂行为的影响,并结合动态腐蚀试验和断口分析,讨论了各影响因素的作用。结果表明,盐水泥浆的ｐＨ值、Ｃｌ－含量等对４５钢的疲劳寿命有直接影响,腐蚀疲劳寿命与与局部腐蚀的程度大小有密切关系;随着加载频率的增大,４５钢的腐蚀疲劳寿命有较大提高;在１５～８０℃温度范围内,４５℃左右时４５钢的腐蚀疲劳寿命最短。     

压痕对不锈钢材料表面残余应力的影响

为研究自动球压痕过程残留压痕残余应力分布情况,以压力容器常用的奥氏体不锈钢板材S30408、S32168、 S31603 和 S30403为对象,通过常规拉伸试验获得材料的本构关系及自动球压痕试验获得压痕过程的载荷-位移曲线,采用有限元软件ABAQUS进行模拟。试验结果表明:压头卸载后,压痕凹坑底部材料承受的残余压应力达到最大,Mises应力状态下最大残余应力约为700 MPa左右,压痕残余应力影响范围在受压面上大约占球形压头半径的1.3%。同时,对材料施加一定大小的外载荷拉应力,研究残余应力和外载荷共同作用下压痕周围材料的应力分布状况,结果显示最大叠加应力出现在压痕材料堆积区域,但是应力影响区域很小,影响深度为所受影响平面半径的6%以内。     

基于有限元法的斜齿轮齿条啮合接触分析

通过Solidworks软件建立了斜齿轮齿条模型.采用有限元法和Solidworks Simu-lation有限元软件计算最恶啮合接触区域以及齿轮齿条啮合时齿根上最大的弯曲应力和接触区域上的接触应力.通过理论经验计算应力公式与有限元法计算的应力值相比较,以验证通过最恶啮合接触区域计算接触应力的可行性.     

通用型双圆弧齿轮强度的理论分析

根据通用型双圆弧齿轮齿面受载后的变形量及受载前的间隙量的关系,求解齿面载荷分布规律,得出齿面接触应力与载荷参数的关系。又根据悬臂平板理论求得齿根弯矩与载荷参数的关系,继而求得齿根弯曲应力。所得到的公式可作为通用型双圆弧齿轮齿面接触强度和齿根弯曲强度的基本公式。     

循环载荷应力比对微动疲劳特性的影响

自行设计了实验装置, 研究了柱面—平面接触形式45 号钢在不同应力比(R =0 .00 , 0.25, 0 .50)轴 向循环载荷作用下的微动疲劳特性.确定了各应力比轴向循环载荷作用下的S ― N 曲线, 并对微 动疲劳断裂裂纹位置及断裂特征作了分析.研究结果表明:相同轴向循环载荷应力幅下, 微动疲劳 寿命随着轴向循环载荷应力比的增大而有所降低;微动疲劳断裂裂纹位置都在接近于接触中心而 又略偏于桥脚外侧的位置;在高应力比下断口截面上裂纹扩展的痕迹更明显, 断口截面更规则.     

钢筋弯曲过程的有限元模拟

本文针对钢筋在弯曲过程中的大变形及非线性的特点,运用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA建立了钢筋弯箍系统的有限元模型,对钢筋的弯曲过程进行了数值模拟,并分析了钢筋在不同时刻的弯曲应力变化情况。当钢筋弯曲角度接近于零时,钢筋产生的最大应力发生在与弯箍转套接触部位;随着时间的增大,与箍筋模接触部位的应力迅速增大,且应力最大值逐渐由钢筋的边缘部位向中心部位靠近。     

弯矩作用下筒仓孔口应力集中的计算

为了了解筒仓洞口在弯矩作用下的应力分布,利用平板理论结合复变函数和保角映射技术,研究了筒仓开孔的孔口应力集中问题,通过将仓壁孔口的应力计算简化成平面问题,求出了孔口的应力,得出在平面外弯矩作用下,弯曲应力集中主要发生在和弯矩作用方向垂直的边．     

人体股骨头应力场分析

本文对人体股骨头提出了由不同弹性常数组合的平面模型。作者仅考虑骨髋关节在额状面内作用着主要肌力情况下,应用有限元素法计算了人体股骨头的应力场。计算结果表明:(1)股骨头主要受弯曲应力,内侧处受压应力而且中性层处于股骨头中心线的外上方;(2)最大拉应力产生在股骨头基部,而最大压应力和最大剪应力产生在股骨项下方;(3)载荷大部分由密质骨承担,越往下承担比例也越大;(4)主应力迹线与骨小梁方向基本重合。     

斜压状态下托轮滚圈多体接触的力学特征

根据滚圈处筒体的变形及力平衡条件,建立了计算滚圈与筒体间接触压力分布的数学模型。研究了斜压状态下托轮滚圈多体接触模型的特点,开发了斜压接触下托轮滚圈有限元建模程序,该程序适用于任何载荷、载荷比、偏斜角下托轮滚圈的接触有限元分析。应用均匀设计法,设计了托轮与滚圈多体接触的有限元计算方案,通过计算,得出了托轮与滚圈的应力及变形情况。通过对滚圈的变形椭圆度和内、外表面的最大等效应力进行多元线性回归,得到了滚圈的变形椭圆度和内、外表面的最大等效应力随支承载荷、载荷比、托轮偏斜角的变化公式。     

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.     

几种常见圆形缺口试样的极限载荷

推导了平面应力条件下单边圆形底部深缺口板条受纯弯曲和拉伸载荷作用的极限载荷公式。通过对比可求出受拉伸板条与受纯弯曲板条极限载荷之间的修正系数，从而将三点弯曲试样极限载荷公式经修正后用于单边缺口和紧凑拉伸缺口试样。同时，文中汇总了其它几种常用缺口试样的极限载荷公式，为缺口试样的极限载荷分析或双判据失效评定图研究提供了方便     

微动接触应力的数值分析

采用有限元方法，分析了半圆柱与平板间径向微动接触区和切向微动接触区内的应力分布。由ES52100钢制成的半圆柱体具有稳定的变形特征，但由1020钢或纯铁制成的平板则常常处于可变的变形状态，通过往复压缩实验发现，1020钢具有明显的循环软化特征，从而将增大摩擦阻力；而纯铁具有明显的循环硬化特征。进一步发展虚拟接触载荷法，以动态变化的摩擦系数模拟真实的微动接触过程。在靠近微动接触区的边缘处，存在一个不稳定的接触区，其内部有剧烈的应力振荡，该区域是一个混合粘着一滑动区，并随微动时间的增长而逐步扩展，最后引发微动磨损或微动疲劳。     

基于黏弹性的超高分子量聚乙烯齿轮计算分析

为给超高分子量聚乙烯（UHMWPE）齿轮的承载能力计算及校核提供理论依据和参考,本文以UHMWPE的非线性黏弹性为基础,采用了黏弹性力学模型和超弹性力学模型（Arruda-Boyce模型）相结合的方法,建立了UHMWPE齿轮的力学模型和几何模型,应用ABAQUS非线性有限元分析软件,对与钢齿轮啮合运转时的UHMWPE齿轮进行了动态模拟,并对它的应力和应变大小、分布及承载能力进行了计算和分析研究.结果表明,齿根部位的Von Mises应力和弯曲应力最大,轮齿节点处的接触压应力最大.建立在非线性黏弹性基础上的UHMWPE齿轮动态模拟和计算分析结果更符合实际.