粗糙表面弹性微动接触数值研究

由于实际工程表面多为粗糙表面,这里研究了粗糙表面对微动接触中压力和切向应力的影响.研究接触过程中法向载荷保持不变,切向载荷为周期性的交变载荷.首先,建立接触算法和模型,其算法核心是利用共轭梯度法(CGM)计算微动接触中的表面压力及切向应力并使用快速傅里叶变换(FFT)加快计算速度.然后,在验证算法正确的基础上,分析正弦...     

基于快速傅里叶变换和共轭梯度法求解干接触问题

为求解粗糙表面弹性接触问题,将其转化为一个线性补余能问题,进而简化为一个二次函数的条件极值问题,利用共轭梯度法求解。算法实现了在共轭梯度方向上修正步长的优化,有效地提高了收敛效率。而占用大量计算时间的弹性变形求解采用快速傅里叶变换(Fast Fourier transform,FFT)技术,该算法有效地克服了传统傅里叶变换所引起的周期性误差。计算实例模拟了点接触单峰表面,正弦表面和真实粗糙表面的弹性接触以及有限长滚子线接触等接触问题。计算结果显示目前所用算法有效地缩短了干接触弹性接触问题的求解时间,对于不同的粗糙表面和接触类型都表现出一致的良好收敛性,同时计算精度对网格的依赖性很小,是工程中有效的分析设计工具。     

热源影响下的涂层板滑动接触问题研究

基于离散卷积快速傅里叶变换(DC-FFT),推导了三维热弹性涂层压头-涂层板接触问题的频率响应函数的半解析解,应用数值模拟方法验证了半解析解的正确性,进而探讨涂层压头及涂层板的接触应力与涂层厚度h之间的关系.结果表明:三维热弹性域下涂层厚度与表面接触压力表现为负增长趋势,随着涂层厚度增加,表面接触压力呈现先快后慢的下降...     

利用FFT和共轭梯度法求解偏载滚子副的接触应力

根据弹性接触理论,引入弹性趋近量变化函数,将偏载工况下的接触问题转化为一个线性补余问题,同时建立力和力矩平衡方程,利用共轭梯度法求解了接触应力,其中,弹性变形计算部分利用FFT求解。通过分析不同工况参数对接触应力分布的影响:发现随着偏载角或滚子载荷的增大,最大接触应力、偏载效应以及力矩均增大;偏载角增大,偏距呈线性关系增大,滚子载荷增加,偏距呈双曲线分布减小;比较偏载工况下相交圆弧修形滚子、相切圆弧修形滚子以及对数母线滚子的接触应力分布,可知对数母线滚子的抗偏载能力最强。计算结果显示目前该方法具有高效的计算速度和收敛性。     

基于NCGM的粗糙表面数值模拟与实验对比

基于时间序列模型、线性变换方法和Johnson转换系统,研究粗糙表面的重构方法。为减少数据储存空间的需求和收敛性要求,采用非线性共轭梯度法（NCGM）求解自相关矩阵,得到高斯型表面及非高斯型表面的数值模拟方法。对不同相关长度及高度分布的高斯型、非高斯型粗糙表面进行数值模拟,并与实际测量结果进行对比。结果表明,所提出的基于NCGM的粗糙表面数值模拟方法能有效地模拟满足高度分布函数与自相关函数的实际加工表面。     

滤波截止频率对粗糙表面接触机理的影响

使用基于快速傅里叶变换和共轭梯度法的扩展干接触程序,以及基于Greenwood和Williamson接触模型(G-W模型)的接触求解方法,分析滤波截止频率对粗糙表面接触机理的影响。结果表明,粗糙表面形貌数据再处理时使用的滤波器滤波截止频率,对力－接近量关系有着明显的影响;G-W 接触模型仅适用于波长较大的粗糙表面。因此,在G-W模型的各种应用中,应注意滤波截止频率对粗糙表面接触机理的影响。     

三维真实粗糙表面弹性接触的全域数值解

本文提出了三维真实粗糙表面弹性接触问题的全域数值求解方法。这种方法采用网格规则划分和局部柔度矩阵存储解决了计算机存储问题;采用求解域收缩和逐次低松弛迭代解决了接触方程求解问题。运用这种方法可以获得真实粗糙表面弹性接触时全接触域内的压力分布与总载荷、接触图象及其实接触面积、接触变形与接触刚度等参数。计算结果与实测结果符合得较好。     

弹性状态下粗糙表面的法向接触刚度

粗糙表面接触问题是一类重要和具有实用价值的实际工程问题。采用Hertz理论和粗糙表面随机接触模型,研究弹性状态下粗糙表面法向接触刚度,推导出在不同接触体的法向接触刚度公式。由推导的理论公式可知,粗糙表面在随机接触模型中接触刚度跟载荷成正比,与表面粗糙度均方值成反比。     

弹性状态下粗糙表面法向接触刚度的研究

粗糙表面接触问题是一类重要和具有实用价值的实际工程问题。采用Ｈｅｒｔｚ理论和粗糙表面随机接触模型, 研究弹性状态下粗糙表面法向接触刚度,推导出在不同接触体的法向接触刚度公式。由推导的理论公式可知,粗糙表面 在随机接触模型中接触刚度跟载荷成正比,与表面粗糙度均方值成反比     

薄膜粗糙表面有摩擦接触问题的数值计算研究

采用ANSYS的APDL语言编程通过参数化变量方式实现了薄膜粗糙表面有摩擦接触问题的整个建模与分析过程,其中包括参数化生成满足高斯分布的随机粗糙表面与计及摩擦因数和薄膜/基体弹性模量比变化情况下的自动有限元分析过程。计算结果表明:当摩擦因数一定时,随着薄膜/基体弹性模量比的增大,应力分布逐渐向基体深处扩展,粗糙表面上各点接触压力一致减小,接触压力峰值减小的最大幅度为9.0%;当弹性模量比一定时,摩擦因数的变化对基体部分应力分布的影响不大,然而随着摩擦因数的增加,粗糙表面上各点接触压力增大,接触压力峰值增加的最大幅度为13.2%,可见摩擦因数和弹性模量比对薄膜粗糙表面的接触应力有明显影响。     

Contact Problems for Rolling with Slip for Viscoelastic Solids

The three-dimensional contact problem for rolling of a rigid sphere over a base, which consists of viscoelastic layer bonded to a rigid half-space has been considered. The thin viscoelastic layer simulates the action of a friction modifier. The Kelvin model has been used to describe the layer properties. The method of calculating the distribution of normal and shear stresses within the contact interaction area has been presented, the boundaries of traction have been determined, and the slip subareas have been studied. In addition, the influence of the viscoelastic layer properties on the distributions of contact stresses has been analyzed.     

湿滑状态下轮胎路面摩擦特性的数值分析方法

为研究湿滑状态下轮胎路面的摩擦特性,以胎面橡胶和沥青路面作为研究对象,利用谐波叠加法建立三维粗糙路面模型,采用"伪"流体动力轴承作用等效反映路面水膜"密封"作用,综合使用有限元软件ABAQUS和计算流体动力学软件Fluent得到湿滑状态下橡胶与路面滑动接触时的橡胶接触压力、滞后摩擦力及路面水膜承载力,由此形成了综合兼顾橡胶材料、接触压力、滑动速度、路面形貌和路面水膜等多因素的轮胎与湿路面摩擦特性的仿真方法。通过橡胶与干-湿路面摩擦特性的变化与公开的试验对比,证明本方法的合理性和可行性,并进一步分析滑动速度、接触压力和路面特征对湿滑状态下轮胎路面摩擦特性的影响规律。研究结果为轮胎和路面的抗湿滑性设计及优化提供理论依据。     

FFT-Based Numerical Method for Nonlinear Elastic Contact

In theoretical research pertaining to sealing, a contact model must be used to obtain the leakage channel. However, for elastoplastic contact, current numerical methods require a long calculation time. Hyperelastic contact is typically simplified to a linear elastic contact problem, which must be improved in terms of calculation accuracy. Based on the fast Fourier transform, a numerical method suitable for elastoplastic and hyperelastic frictionless contact that can be used for solving two-dimen...     

导重法求解单工况的拓扑优化问题

在拓扑优化中,因为设计变量多并且目标函数和约束函数都是设计变量的隐函数,求解难度较大,所以寻找更快更好的求解方法一直都是拓扑优化问题的研究重点。为此,将导重法引入到拓扑优化的求解中,介绍质量约束下求结构最优性能问题和性能约束下求结构最小质量问题的导重法迭代准则,采用密度惩罚(Solid isotropic material with penalization,SIMP)方法建立单工况下求最小柔度和最小质量这两类拓扑优化问题的优化模型,推导出用导重法求解这两类问题的迭代公式并计算了相应的算例,与ANSYS中采用的优化准则法(Optimality criteria,OC)和序列凸规划法(Sequential convex programming,SCP)进行对比分析。通过计算和对比分析显示出用导重法求解拓扑优化问题具有迭代公式简单、适用范围广、收敛速度快、求解效果好的优点。导重法为拓扑优化问题的求解提供了一条新的途径。     

滚动条件下弹流接触区中心封油排出过程的数值模拟

建立弹流接触区冲击封油的形成和排出过程的数学模型,并对该过程进行数值模拟。结果表明:在纯滚动条件下,存在一临界位移,当封闭润滑油核心位移小于该临界位移时,封油核心运动速度等于卷吸速度;当封闭润滑油核心位移大于该临界位移,其移动速度小于卷吸速度,核心处油膜厚度下降;卷吸速度增大以及初始间隙减少都会导致临界位移增大。通过实验验证数值计算的正确性。     

妙解数控车床两问题

针对数控车床滚珠丝杠轴向间隙产生的加工误差,以及刀具和尾座之间的干涉问题,提出了通过编程和刀具换位的方法,巧妙地解决了难题。     

金属成形数值模拟中的接触单元法

给出了一种基于罚函数方法及库仑摩擦规律的点一面接触形式的接触单元法,根据等向滑动函数的概念,推导了粘着接触与滑动接触的接触单元刚度阵,由于这种方法在单元积分点引入接触约束,扩大了接触搜索面积,因而接计算更加稳定。数值计算表明该方法能得到较好的结果。     

求解连续Minimax问题的粒子群优化方法

Minimax问题是一类十分重要同时也是比较困难的优化问题。提出了一种基于粒子群优化的连续minimax问题求解 方法。方法的基本思想是维持两个在不同搜索空间中不对称共同进化的群体并采用粒子群优化算法获得原minimax问题的 一个解。仿真结果显示此方法可以有效求解对称和非对称连续minimax问题。     

线接触非稳态弹流问题的数值计算

非稳态弹流润滑是工程中常见状态,为了研究非稳态润滑时设备的工作性能,采用间接迭代法求解了周期载荷线接触弹流问题。通过算例研究工程上常见的余弦载荷作用下弹性流体动力润滑特性,探讨载荷、动载幅值和频率变化对油膜的影响。计算结果表明：随着载荷的增大,出口的颈缩现象减弱;随着频率和动载幅值的增大,压力曲线的形状发生改变,挤压效应明显。