少片钢板弹簧片间动摩擦系数计算方法研究

为研究钢板弹簧的片间动摩擦特性,提出一种少片钢板弹簧片间动摩擦系数计算方法。首先根据少片钢板弹簧的变形运动学特性,推导出少片钢板弹簧动摩擦系数与静摩擦系数的关系;然后分别基于力学法和能量法建立少片钢板弹簧静摩擦系数计算模型,根据摩擦功相等原理,得出板簧静摩擦系数计算方法;最后根据钢板弹簧动、静摩擦系数的关系,推导出少片钢板弹簧片间动摩擦系数计算方法。计算结果表明:摩擦系数的计算值和实际工况值基本吻合。以某企业实际板簧为例,对上述计算模型进行了实验验证。     

平衡式两排轴向柱塞泵斜盘力矩特性建模与分析

为确定平衡式两排轴向柱塞泵斜盘与柱塞组件间的匹配关系,理论分析了其斜盘斜面的受力状况,建立了平衡式两排轴向柱塞泵及其斜盘的仿真模型,得出了柱塞分布圆半径、柱塞直径、斜盘斜面倾角等对斜盘力矩的影响.结果表明:内排柱塞分布圆半径增大,斜盘合力矩减小,外排柱塞分布圆半径增大,斜盘合力矩增大,且外排柱塞分布圆半径对合力矩的影响远大于内排柱塞分布圆半径,减小内、外排柱塞分布圆半径差有利于减小合力矩;内排柱塞直径增大,合力矩减小,外排柱塞直径增大,合力矩增大,应尽量使内、外排柱塞直径尺寸接近.平衡式两排轴向柱塞泵斜盘合力轨迹呈类"三角形",转折点少,方向突变性低,合力变化平缓,使得斜盘受力良好,运行更平稳,振动更小.研究结果可为平衡式双排柱塞泵斜盘的优化设计提供理论指导.     

考虑齿面变摩擦系数的斜齿轮传动变速过程动力学分析

建立了含齿面摩擦的平行轴斜齿圆柱齿轮传动变速过程动力学模型,在建立模型时,接触线的位置和滑动速度是由主动轮转角确定,使用齿轮线位移和角位移作为广义坐标,因此这样的模型可适用于斜齿轮传动系统的变速过程分析,而且在该模型中,齿面摩擦力是用变摩擦系数获得的。选择一对斜齿轮对其加速过程进行数值计算,并与采用定摩擦系数和不考虑摩擦的计算结果在时域和魏格纳分布上进行对比分析,结果发现:摩擦会降低斜齿轮传动系统出现脱啮现象的临界转速,且具有阻尼和激励的双重作用,能改变斜齿轮传动的动力学响应,而且采用变摩擦系数或定摩擦系数所获得的动力学响应也有所不同。     

数控车加工任意位置椭圆的通用宏程序探究

分析研究了斜椭圆数控车加工的规律性问题。主要通过直线逼近法拟合曲线轮廓,通过旋转、平移坐标后来确定斜椭圆的参数方程,再确定转角变量ω与圆心角λ之间的函数关系,以此推导出斜椭圆的数学模型以及参数变量表达式,总结出编制宏程序时的设计流程,最后通过实例进行了加工验证。     

颗粒接触摩擦系数空间变异性对颗粒流双轴数值试验的影响

提出了考虑颗粒摩擦系数空间变异性的砂土双轴剪切响应分析方法。采用随机场模型表征颗粒摩擦系数空间变异性,通过Karhunen-Loève展开方法离散接触摩擦系数随机场,编写了基于颗粒流程序PFC^2D和MATLAB的随机模拟耦合分析程序。研究了摩擦系数空间变异性对密砂试样的双轴剪切响应影响规律。结果表明：1） 提出方法可有效地考虑颗粒间接触摩擦系数变异性对土体材料双轴压缩宏观力学行为影响;2） 密砂试样在剪切过程中的应力-应变关系曲线、体积-应变关系曲线的变化规律与颗粒间接触摩擦系数不确定性密切相关,在初始加载阶段随机模拟的偏应力曲线、体积应变曲线基本重合,继续加载后曲线开始发散;3） 垂直相关距离对峰值偏应力均值与标准差影响明显大于水平相关距离。颗粒接触摩擦系数的均值对峰值偏应力的影响大于摩擦系数空间分布的影响。摩擦系数的空间分布会影响剪切带的形成位置。     

固粒击靶的有效摩擦系数

定义一种固粒击靶的有效冲击摩擦系数为粘着项与犁沟项的组合,其中包含表征剪切金属结合点的状态滑动或滚动的状态参数以及表征冲击物在击靶过程中产生犁沟效应的状态参数。研究表明,对于硬钢球斜冲击软钢靶情况,在连续滑移的情况下,只有在计及接触斑点的微粒间的相互作用的一定条件下,粘着项的值才可能接近0.05,这是Hutchings为使一系列数值计算的钢球反弹速度及角度与实验结果一致,在所有计算中所取的调节参数“摩擦系数”值。然而,研究表明,对于著名的Hutchings实验,如果连续犁沟发生,犁沟项则是冲击过程及初始冲击角的函数,就过程平均而言,其值大于0.05。由此,可认为,冲击过程中可滑移界面瞬间的滑移、滚动及犁沟状态的转化使Hutchings实验中的“摩擦系数”约为0.05;一般而言,这些状态的转化使固粒击靶的有效摩擦系数的过程平均值远小于低速简单滑移的摩擦系数。     

蛇形机器人的设计及摩擦力对其运动性能影响的分析

为使蛇形机器人的结构和运动形式能够适应各种复杂环境,研究了蛇形机器人运动性能与环境的关系及其运动控制,设计了一种单被动轮为接触面的正交串联蛇形机器人,分析了蛇形曲线参数对其运动的影响,通过实验研究了摩擦系数对其运动步态的影响,得出了蛇形机器人的前行速率随蛇形曲线参数α的增大而增大,随摩擦系数μ的增大而减小的结论,以及蛇形曲线步态参数的调节策略。     

颗粒流润滑系统力传输行为的试验研究

颗粒流润滑是一种可用于苛刻工况环境的新型润滑方式,颗粒间摩擦对颗粒流润滑影响的规律和特性是阐明颗粒流润滑理论的关键科学问题,也可以为极端工况环境下颗粒流润滑轴承的设计和参数选择提供技术支持。为了分析颗粒间摩擦对颗粒流润滑系统宏、微观特性以及下摩擦副与颗粒润滑介质间摩擦的影响规律,构建了颗粒流润滑离散元数值模型,并对该问题进行了分析和研究。研究结果表明：颗粒间摩擦对颗粒流润滑系统的减摩润滑特性具有显著影响,下摩擦副和颗粒润滑介质之间的平均摩擦系数会随着颗粒间摩擦的增大而增大;颗粒流润滑系统内的微观配位数和滑动率均随着颗粒间摩擦系数的减小而增大;颗粒润滑介质在摩擦副间隙的宏观流动行为具有明显的分层特性,且宏观流动速度随着颗粒间摩擦的增大而减小,进一步的分析结果表明：颗粒润滑介质的波动速度是直接反映其宏观流动速度快慢的关键性参数。     

索-梁组合结构中拉索的非线性响应

研究由桥面振动引起的斜拉索参数共振和亚谐波共振问题。首先,建立索-梁组合结构力学模型,推导了考虑拉索初始垂度的索-梁组合结构非线性动力学方程。然后利用多尺度方法研究斜拉索的参数共振和亚谐波共振,并对稳态解的稳定性进行了分析。最后对斜拉索参数共振和亚谐波共振进行数值模拟,得到不同阻尼及不同初始条件下的拉索时间历程曲线。数值模拟结果表明斜拉索振幅与阻尼有关,但不受拉索初始条件影响。     

无烟/有烟烟火药剂发射药动摩擦系数对比研究

针对烟火药剂发射药受摩擦作用点火时会导致意外爆炸,而动摩擦系数是衡量摩擦作用获得能量的关键参数问题,基于摩擦感度测试仪物理模型,结合理论建模与计算,获得测定动摩擦系数方法,并结合实验研究获得有烟发射药黑火药与无烟发射药退役单基药两种常用烟火药剂发射药的动摩擦系数;研究不同实验条件对两动摩擦系数影响。结果表明,两种烟火药剂发射药的动摩擦系数均为同一范围值,且随压力及滑动速度的增大,两动摩擦系数范围均有一定变化,而每种实验条件的黑火药动摩擦系数均大于退役单基药动摩擦系数。     

CFRP筋粘结型锚固系统数值模拟及失效分析

针对碳纤维增强复合材料(CFRP)筋粘结型锚固系统,采用数值分析研究了不同锚具内壁与锚固胶体间的摩擦系数、不同锥形倾角、锚具前端有无直筒过渡段及有无端堵约束对筋材应力状态的影响,找出了筋材在靠近锚具端部发生破坏的原因,提出了相关强度分析方法及锚固改进方法,并用试验结果验证了方法的有效性。分析结果表明:筋材在摩擦系数为0.7时受到的径向挤压应力峰值只有摩擦系数为0.3时受到的径向挤压应力峰值的45.01%;随着锥形倾角增大,CFRP筋在锚具锥段所受的径向挤压应力峰值逐渐减小,所受剪应力峰值逐渐增大;在锥段末端增设直筒过渡段可以缓解筋材所受到的径向挤压应力与剪应力峰值,缓解系数分别为76.78%与52.90%;端堵约束的存在使锚具端部应力集中现象明显,导致筋材在锚具端部发生破坏。     

一类非理想杆端约束下的转角位移方程

将结构的结点视为理想和非理想结点,建立了一类非理想杆端约束——弹性结点的基本概念,给出了杆端均为非理想和一端为理想约束、另一端为非理想约束情况下的转角位移方程。通过比较表明,该方程更具一般性,两端理想约束下的转角位移方程可视为其特例。举例说明了该方程的应用及结构内力随杆端约束的变化情况。     

基于接触协同作用结构非线性屈曲分析

工程结构中结构或构件之间存在接触摩擦现象是较为普遍的,接触协同作用使得结构非线性屈曲问题的数值求解变得困难。该文从这一实际问题出发,采用子结构凝聚自由度的有限元方法得到基于接触界面问题的非线性有限元平衡方程,通过增广拉格朗日乘子法对接触问题的约束条件进行处理,并与柱面弧长法结合,对非线性屈曲问题进行全过程跟踪求解。算例结果表明接触协同作用对结构的非线性屈曲过程影响明显,有必要在实际工程结构设计中考虑接触协同作用的影响。     

微分和表观静摩擦系数的表式

当前,工程师和科学家都对微牛和纳牛量级载荷静摩擦系数（以下简称微牛纳牛静摩擦系数）很感兴趣。但文献中至今没有详细讨论过微牛纳牛静摩擦系数与载荷的关系,而且发表的实验结果都不相互讨论。从微分静摩擦系数的定义出发,导出几种典型模型下微分静摩擦系数和表观静摩擦系数的表式,并据此广泛讨论这些文献中的实验结果。     

基于接触分析的转定子系统整周碰摩故障模拟

以一个单跨双盘柔性转子系统为研究对象,建立转子系统的有限元模型,基于接触动力学理论,将转子和定子简化为一个点-点接触单元,通过转定子间的圆形间隙变化来模拟转定子的分离及整周接触,并通过碰摩力耦合转定子模型,采用增广的拉格朗日方法处理接触约束条件,用库仑摩擦模型模拟转定子之间摩擦,考虑不同转速、转定子间隙、转定子法向接触刚度、阻尼和摩擦系数对转子系统动力学特性的影响。研究结果表明：转速和转定子法向接触刚度对系统响应影响最大,转定子法向接触阻尼和摩擦系数次之,转定子间隙影响最小。     

土钉支护稳定性的机会约束规划方法

土钉支护稳定性所采用的极限平衡理论分析方法是根据"确定性"的土体、土钉强度参数搜索其潜在的滑动破坏面、计算稳定系数及其安全状态,但由于计算参数的随机性及其强度参数不能满足约束条件的随机性,使得稳定计算的可靠程度大为降低。因此采用机会约束规划理论(CCP)在应用概率理论控制其计算参数随机性的基础上,附加强度参数是否满足约束条件的随机性来分析土钉支护的可靠性,进而实现对土钉支护安全状态的判断。应用一工程实例来实现上述分析思想的安全判断结果。     

Solving a fixture configuration design problem using genetic algorithm with learning automata approach

Proper fixture design is crucial to workpiece quality assurance in manufacturing. Incorrect fixture design may lead to workpiece deformation during machining. The fixture configuration design is one of the important aspects of fixture design. This paper deals with fixture layout optimization problem. The objective is to minimize the norm of all the passive contact forces satisfying Coulomb friction constraint, work-piece static equilibrium constraint and contact constraint, for the entire cutting operation. To solve this problem, the paper proposes Genetic Algorithm with Learning Automata (GALA) algorithm, which is a population based interconnected learning automata algorithm incorporating genetic operators. The algorithm enjoys the good characteristics of both GA and LA. It is validated with an example of face milling operation. The optimal layout is found to be in tune with empirical facts. Also, for the further investigation of the algorithm, it has been tested on a different problem sets and a comparative study is carried out.     

多层预应力混凝土框架结构基于IDA的地震易损性分析

为研究我国《预应力混凝土结构抗震设计规程》（JGJ40-2004）所规定的PC框架结构轴压比、柱端弯矩增大系数等设计参数取值的合理性,根据该规程设计了6榀轴压比与柱端弯矩增大系数取值不同、抗震等级为二级的PC框架结构,在OpenSees软件中,采用基于材料的非线性纤维梁柱单元建立其数值分析模型,考虑材料、荷载、地震动等参数的随机性,分别对其进行基于增量动力的易损性分析。研究表明：当轴压比相同时,提高柱端弯矩增大系数,或在柱端弯矩增大系数相同时,减小柱的轴压比,均能有效地改善PC框架结构的抗震性能;04规程中规定的二级PC框架结构的柱端弯矩增大系数限值偏小,规程修订时应予以增大,建议≥2.0;04规程中规定的二级PC框架结构的轴压比限值偏大,规程修订时应予以适当减小,建议<0.7。     

巴西圆盘中心裂纹摩擦接触问题的逐点Lagrange乘子法

采用逐点Lagrange乘子法求解巴西圆盘中心裂纹在压剪荷载作用下裂纹面可能发生的摩擦接触问题。为了避免传统的Lagrange乘子法中总刚度阵求逆的困难,将Lagrange乘子逐点转到局部坐标系下,采用Gauss-Seidel迭代法求解法向和切向乘子,同时注意在求解的过程中对切向乘子约束修正,待所有点乘子求解完成后再变换到整体坐标系下迭代求解位移。与传统接触算法相比,该算法无需对总刚度阵求逆,降低了求解规模,提高了计算效率。通过该方法计算了巴西圆盘中心裂纹两种典型情况下的应力强度因子,计算结果与文献比较,吻合良好。考虑不同荷载角和裂纹长度对位移,应力强度因子和接触区的影响,并对不同摩擦系数下应力强度因子的影响进行了分析。结果表明：忽略裂纹接触摩擦作用,应力强度因子可能被高估。     

Boundary element analysis of two-dimensional elastoplastic contact problems

A general boundary element formulation for contact problems, capable of dealing with local elastoplastic effects and friction, is presented. Both conforming and non-conforming problems may be analysed. The contact problem is solved by means of a direct constraint technique, in which compatibility and equilibrium conditions are directly enforced in the general system of equations. The contact areas are modelled with linear interpolation functions, and quadratic interpolation functions are used everywhere else. Elastoplasticity is solved by a BEM initial strain approach The Von Mises yield criterion with its associated flow rule is adopted. Both perfectly plastic and work hardening materials are studied in the proposed formulation.

An incremental loading technique is proposed, which allows accurate development of the loading history of the problem. The non-linear nature of these problems demands the use of an iterative procedure, to determine the correct frictional conditions at every node of the contact area and the value of the plastic strains at selected points where local yielding may have occurred. Several numerical examples are presented to demonstrate the efficiency of the proposed formulation.