表面涂层裂纹的特性分析

采用有限元方法研究TiN涂层裂纹在弹性球循环挤压和滑动接触状态下的三维弹塑性特性,计算分析了涂层-基体的应力分布规律、涂层表面及界面裂纹的断裂强度。结果表明:在接触区边缘、涂层基体结合界面应力幅较大,容易萌生疲劳裂纹;裂纹强度J积分随载荷循环而呈周期性变化;涂层厚度、基体材料、裂纹形状、裂纹倾角等参数对涂层表面和界面裂纹的J积分有显著影响。     

热弹流理论在齿轮传动润滑分析中的应用

考虑流体的可压缩性和齿轮传动重合度对轮齿载荷的影响,对渐开浅直齿轮传动进行热弹流数值分析;计算分析了在给定传动比和中心距条件下,齿轮模数、齿数以及变位系数等几何参数对齿轮润滑性能的影响,获得了齿轮传动沿啮合线的中心油膜厚度、压力、温度以及轮齿表面摩擦系数等分布规律．     

热弹流理论有齿轮传动润滑分析中的应用

考虑流体的可压缩性和齿轮传动重合度对轮齿载荷的影响,对渐开浅直齿轮传动进行热弹流数值分析;计算分析了在综定传动比和中心距条件下,齿轮模数、齿数以及变位系数等几何参数对齿轮润滑性能的影响,获得了齿轮传动沿啮合线的中心油膜厚度、压力、温度以及表面摩擦系数等分布规律。     

基于真实粗糙表面斜齿轮瞬态混合弹流润滑研究

将渐开线斜齿轮啮合过程中的轮齿接触等效为一个三维无限长线接触问题,建立了用于求解斜齿轮三维瞬态弹流混合润滑计算的数学模型。考虑斜齿轮啮合实际工况,分析啮合过程中齿面时变半径,时变表面切向速度的变化等,引入真实的三维机械加工粗糙表面, 联合统一的Reynolds方程方法分析了单个轮齿在整个啮合过程中三维瞬态弹流润滑完全数值解,讨论了光滑表面和真实机械加工粗糙表面对轮齿啮合过程的膜厚和压力分布的影响,揭示了2种机械加工表面的微观弹流润滑特性。结果表明：粗糙表面对齿轮润滑状况影响显著,尤其在轮齿啮出过程中,严重的降低了齿轮间的润滑油膜厚度,使轮齿润滑状况变得恶劣;粗糙表面加工精度高（粗糙度低）,其接触表面的膜厚比高,接触区域和接触负载小,故而润滑状况好。     

压铸模功能梯度材料涂层数值模拟

压铸模模具的表面质量对模具的使用寿命影响很大,在压铸模表面涂覆功能梯度材料涂层可以有效延长模具使用寿命.采用幂函数来描叙功能梯度涂层材料成分的分布情况,用幂函数的指数来表示梯度的分布规律.功能梯度材料涂层被分为20层,每层中功能梯度材料成分按照幂函数形式分布.功能梯度材料的性能参数采用简单混合物运算法则计算.用有限元软件对涂覆有一定厚度不同梯度指数涂层的模具应力进行分析.先分析相同厚度不同梯度指数时涂层应力分布,确定合适的梯度分布指数,然后以这个梯度指数分析不同厚度功能梯度材料涂层的应力.计算的数据表明:梯度指数为1.5左右,厚度为15μm时,表面最大应力较小,涂层应力分布最合理.     

基于ANSYS的减速机齿轮有限元分析

采用有限元法研究齿轮轮齿在受到不同载荷的情况下,其齿根弯曲应力和应变的变化情况。结果表明,在静载荷的作用下,齿轮齿根处的最大弯曲应力和最大应变都在许可的范围之内;而当齿轮受到冲击,在动载荷作用下,齿根处的应力大于齿轮材料的屈服极限。结合对断齿形貌的分析,可推断出轮齿的断裂是在出现疲劳裂纹后受冲击载荷作用而产生的过载断裂。     

内啮合齿式离合器轴向接合过程的冲击特性

为了研究齿式离合器中内啮合齿轮副在接合过程中产生的轴向和周向冲击载荷特性,基于系统动力学分析软件ADAMS,建立齿轮副啮合冲击计算模型,计算轮齿轴向接合过程的动态特性和冲击载荷;分析主动轴连接部件扭转刚度对离合器接合动态特性的影响,并以改善离合器轴向接合特性为目标,改进轮齿端面结构,分析端面结构修形后的动态特性.结果表明,齿式离合器的主动齿和从动齿经过多次碰撞后实现轴向接合,最大接触力和力矩出现在第一次碰撞过程中,结合过程的动态特性与冲击载荷主要与齿轮副转速差、轮齿间隙、主动轴刚度与轴向推动力等因素相关.该结果可为内啮合齿式离合器的改进设计提供参考.     

ZrTiAlN涂层的残余应力分析

采用有限元法分析Q235 A基ZrTiAlN涂层的残余应力,研究涂层厚度、过渡层对残余应力的影响。结果表明:层-基界面边缘处存在明显应力集中现象;涂层内的切向应力和轴向应力主要表现为拉应力,径向应力则表现为压应力。涂层厚度的变化对层-基界面应力的性质与分布影响很小;但随着涂层厚度的增加,界面处的切向应力增大,径向应力和轴向应力减小。加入过渡层后,涂层内残余应力明显减小,其中含有TiAl/Zr过渡层的涂层的切向应力、轴向应力和径向应力的最大值分别降低33%,25%和14%。     

基于TK6216数控落地铣镗床的无侧隙齿轮传动机构的研究

针对TK6216数控落地铣镗床的齿轮副啮合时产生的空回误差,提出了一种双斜齿的消除侧隙机构来保证齿轮传动的精度,介绍了应用基于特征的造型软件UG实现齿轮机构特征造型的原理与方法,在精确建模的基础上,确定了最不利加载线的位置,应用有限元法计算了这种载荷分布下轮齿的变形及齿根应力,并绘制了齿根最大应力随过渡圆角半径的变化趋势曲线。计算分析结果表明,过渡圆角半径越大,越有利于提高轮齿的弯曲强度。     

有表面微裂纹的金属薄膜力学性能的有限元分析

研究在PI基体上的铜金属薄膜表面I型裂纹对薄膜力学性能的影响.以断裂力学基本理论和有限单元法进行数值计算相结合对计算模型分析研究.分析了表面微裂纹对PI基体上的铜薄膜的屈服和后继塑性行为的影响,特别是研究了裂纹深度对最大塑性应变和等效塑性应力的影响,同时考察了薄膜材料硬化指数和载荷对最大塑性应变的影响.随着裂纹深度的增加,裂纹尖端塑性区增大;但当裂纹深度接近和超过薄膜厚的一半时,最大应力值变小,塑性区变大,塑性应变增大.这是因为薄膜承载能力变小,主要是由基体承受载荷.     

基于连续损伤力学的表面涂层损伤模拟

针对传统宏观力学研究涂层问题的局限性,开展了基于损伤力学的表面涂层有限元模拟方法研究。首先建立损伤力学材料模型;然后通过有限元软件ABAQUS提供的子程序(VUMAT)接口,将该材料模型嵌入到ABAQUS求解器;最后对涂层进行数值模拟以分析涂层的力学性能。用该材料模型分析不仅可以得到涂层的应力分布,而且可以得到涂层在载荷作用下的损伤过程。通过研究反力与涂层厚度的关系,提出用裂纹穿透涂层时的反力来衡量涂层的承载能力。此外,还可以根据在一定载荷作用下涂层厚度与裂纹深度的关系得到涂层的临界厚度,进而为涂层厚度设计提供参考。     

Effects of thickness and elastic modulus on stress condition of fatigue-resistant coating under rolling contact

The distribution and magnitude of surface and subsurface stresses of the single-layer sprayed-coatings on monolithic substrates were investigated by finite element method (FEM). The models of coating configurations with different thicknesses and elastic modulus ratios of coating to substrate were introduced, and the effects of thickness and elastic modulus ratio on the stresses were addressed. The calculation results show that the coating/substrate interface shear stress obviously decreases with increasing coating thickness, due to the location of the maximum shear stress moving away from the coating/substrate interface. At the same time, the magnitude of von Mises stress also declines in the case of thicker coatings. However, the high elastic modulus ratio results in extremely high maximum shear stress and the severe discontinuity of the von Mises stress curves, which leads to the intensive stress concentration on the coating/substrate interface. So the coating configurations with the larger coating thickness and lower difference of elastic modulus between coating and substrate exhibit excellent resistant performance of rolling contact fatigue (RCF).     

Ti过渡层厚度对Ti—TiN薄膜结合强度的影响

薄膜脱落的主要原因之一是受薄膜与基体上的界面应力影响,TiN薄膜和钢基体由于其力学性能差异较大,在界面上有很大的应力集中,在钢基体上沉积Ti过渡层能减小其界面应力。研究Ti过渡层厚度对膜基体系结合强度的影响．并借助有限元方法对不同过渡层厚度的膜基体系的界面应力进行分析,研究表明,适当厚度的过渡层能提高Ti-TiN膜层的结合强度。     

齿轮齿向载荷分布的研究

采用实验研究与有限元计算相结合的方法研究齿轮齿面载荷分布规律，包括齿面均匀接触与一端接触时齿面载荷的分布规律；齿端修整与柔性齿轮结构对齿面载荷分布的影响．研究证明：均匀接触与一端接触都存在载荷集中现象，但应力不均匀程度后者是前者的１．５～２．０倍；齿端修整与增大齿轮结构的柔性是改善齿面载荷分布的有效措施．     

路面沥青加铺层层底荷载应力三维有限元分析

反射裂缝是旧水泥混凝土路面沥青加铺层早期破坏的主要形式之一．加铺层层底裂缝处的荷载应力集中是引起反射裂缝的主要原因．通过建立水泥混凝土路面沥青加铺层有限元模型的方法,计算车轮荷载位于最不利位置时,沥青加铺层的厚度及轴载重量对加铺层层底荷载应力的影响,为防止或减缓加铺层的反射裂缝提供参考．     

Thermal residual stress analysis of diamond coating on graded cemented carbides

Finite element model was developed to analyze thermal residual stress distribution of diamond coating on graded and homogeneous substrates. Graded cemented carbides were formed by carburizing pretreatment to reduce the cobalt content in the surface layer and improve adhesion of diamond coating. The numerical calculation results show that the surface compressive stress of diamond coating is 950 MPa for graded substrate and l 250 MPa for homogenous substrate, the thermal residual stress decreases by around 24% due to diamond coating. Carburizing pretreatment is good for diamond nucleation rate, and can increase the interface strength between diamond coating and substrate.     

面齿轮啮合过程中齿面温度仿真

齿面温度及其变化是计算轮齿变形和判断齿轮是否胶合的主要依据。根据面齿轮传动以及传热学的基本原理,通过对面齿轮啮合接触区进行分析,运用表面温度法,介绍了面齿轮点接触区润滑数学模型、油膜厚度方程和油膜能量方程,建立了面齿轮传动的齿面瞬时接触温度的计算方程。研究了啮合齿面间的接触应力、齿面相对滑动速度以及齿面间的摩擦系数等相关参数的计算。对面齿轮传动的啮合过程中不同啮合位置时,齿面温升进行有限元分析,研究面齿轮齿面温度的分布规律,为面齿轮的设计提供有效的理论依据。     

界面条件对半刚性沥青路面结构应力分布的影响

采用三维弹塑性力学模型的有限元方法,分析了层间接触条件、轴载对路表与路基顶面弯沉、结构层最大拉应力的分布与大小、界面摩擦力与界面位移的影响.揭示了层间界面条件与路面整体性能的重要关系.分析认为,界面连续问题是半刚性沥青路面易发生早期结构病害、极易发生水损坏的关键问题.对路基工作区的深度、最大弯拉应力计算点的位置及目前的高速公路半刚性沥青路面结构超载的临界荷载给出了建议值.