多柔体系统动力学中的间隙接触内碰撞

工程实际中的活动铰连接均存在微小间隙和接触变形,利用接触变形建模方法能求出铰中的接触碰撞力.本文全面总结了地面和航天机构中现有的含间隙铰接触变形模型、数值积分方法、铰参数辨识以及系统动态特性实验方法,指出了当前含间隙多柔体系统动力学研究中存在的问题及今后的研究方向.     

含油膜润滑间隙铰接副的多体动力学分析

针对含油膜润滑间隙铰接副的多体动力学问题,采用挤压油膜润滑力约束替代运动学约束的方式构建间隙铰模型,并对比分析间隙铰在油膜润滑和干接触情况下的模型参数(如油液黏度、间隙尺寸)对机械系统动力学特性的影响。数值算例结果表明,润滑油膜具有良好的减震效果,使得系统动态性能各项指标接近于理想情况,且最小油膜厚度远大于安全值;随着间隙增大或油液黏度减小时,铰接副反力出现振荡,系统刚性趋于严重,特别是在油液黏度较小时,销轴与轴套接触面接触趋于频繁,干接触和磨损可能性增大。     

含角接触球轴承和粗糙间隙表面滑动轴承关节的平面柔性多连杆机构动态误差分析与优化设计

传统旋转间隙关节接触模型假定衬套和销轴的接触面是光滑的并仅考虑接触区域的初始接触点的影响,常忽略接触区域中其它接触点的作用,不可避免导致模型分析精度下降.为此,提出一种含角接触球轴承和粗糙间隙表面滑动轴承关节的平面柔性多连杆机构动力学建模、分析与优化的计算方法.考虑粗糙旋转间隙关节多点接触状态,建立了一个新颖粗糙间隙接...     

膜片联轴器多体接触有限元数值模拟

考虑膜片联轴器实际工作状态下的螺栓预紧力、离心力、扭矩等载荷工况,建立了膜片联轴器的整体有限元模型,采用ANSYS软件对其进行接触有限元分析,得到膜片联轴器的综合位移和等效应力云图,以及膜片组的接触应力分布曲线。通过对存在轴向偏离、径向不对中、角向不对中等安装误差的膜片联轴器的多体接触有限元仿真及对比分析,得出各种安装误差对膜片联轴器力学性能的影响规律。     

精密多油楔动压轴系的楔形间隙参数与油膜运动稳定特性

针对精密仪器轴系的研制和精度分析,研究了立式三油楔动压轴系的结构、轴承轮廓结构,建立数学模型、分析模型,对轴系动压油膜的动力特性做了分析.对于主轴在动压油膜反力与外载荷作用下处于某一平衡位置(e,θb)运转时,能否经得起任意微扰动的干扰而失稳,建立了油膜运动稳定性的判据.应用数值模拟和计算机编程,深入研究了关键设计参数楔形间隙bm、cm相应的油膜运动稳定特性,揭示了楔形间隙值与轴系失稳的对应关系,给出了油膜稳定性因数Log(Sp)与偏心率ε(ε=e/c)之间的变化曲线图,并指出了楔形间隙参数最佳的取值范围.研究结果指出:楔形间隙是轴系设计和制造的重要敏感参数;最大楔形间隙bm和最小间隙cm值之间应保持一定的比例,否则油膜运动发散,轴系平衡失稳,导致主轴转动中产生较大的晃动.对于低速立式三油楔动压轴系,则bm-cm≥0.8 μm.比较研究结果与成功轴系实例,表明实例中bm、cm取得符合轴系的油膜稳定条件.证明研究结果对该类轴系的设计具有实用性.     

间隙约束副摩擦接触对多体系统动态特性的影响

分析总结了常见的间隙约束副摩擦接触计算模型,用拉格朗日方法建立含间隙约束副的多体系统动力学模型,并用龙格-库塔法进行求解,获得系统的动态时域响应特性,利用快速傅立叶变化(FFT)得到系统的频谱,最后从时域和频域对不同的摩擦接触模型下系统动态响应进行对比分析.计算结果表明应用Hertz接触算法得到的动态响应峰值最大,超谐现象突出,振动明显;连续接触模型的响应峰值最小,响应频率带宽较窄;摩擦因数增大会对碰撞振动起抑制作用,降低系统的混沌效应.     

部件柔性对含间隙多体系统动力特性的影响

构建了含有混合间隙的刚柔耦合多体系统动力学模型,研究了部件柔性对多体系统动力特性的影响。首先,建立了混合间隙碰撞力模型;然后,以曲柄滑块为研究对象,采用自然坐标法和绝对节点坐标法分别建立了刚性构件和柔性构件的动力学模型,通过时域和频域分析了连杆柔性对动力特性的影响。结果表明,柔性构件对间隙碰撞力有一定的缓冲作用,能缓冲碰撞的高频振动,而且柔性部件随着弹性模量的减小对高频响应的缓冲效果更加明显。     

切削钛合金刀具后刀面滑动接触过程的应力分析

采用ABAQUS有限元分析软件,建立切削钛合金时硬质合金刀具后刀面与钛合金二维滑动接触模型,从细观角度出发研究接触过程的应力变化情况。把刀具和工件表面的微凸体形状简化为半圆形,研究一对微凸体在不同滑动速度和垂直干涉量下,滑动接触表面的应力分布。结果表明,滑动速度一定时,在一定范围内随着垂直干涉量的增加,微凸体接触表面的应力分布从接触表面逐渐扩展到微凸体内部,同时应力值也不断增加。通过全面试验设计法安排试验,进行仿真计算并使用MATLAB进行回归分析。结果表明,在滑动距离相对较小时,在研究的范围内滑动速度对应力值影响可以忽略不计。     

旋转测试树的多柔性体接触分析

为研究多柔性体装配中各零件间的接触力和产品的可靠性,利用接触力学和有限元法对存在于柔性体间接触面的接触非线性问题进行研究.选择拉格朗日乘子法作为接触算法,将多柔性体装配作为一个系统来进行研究,通过数值分析方法,研究在各种工况下装配体各柔性体间的接触情况、接触力的分布规律、整个结构的应力、变形及其分布规律,寻找整个装配体的薄弱环节,提出优化方案.     

轴承间隙及柔性特征对机构动态误差的影响分析

为能够准确、有效地揭示轴承间隙与柔性特征对机构动态误差的影响规律,基于多体动力学理论与Hertz接触理论,提出一种计及轴承间隙与柔性特征影响的多体系统建模方法。该方法采用力约束替代运动约束,构建多体系统环境下的轴承精细化模型。基于该方法,可深入揭示轴承微观动力特性与多体系统宏观动态性能及运动精度之间的映射关系。在此基础上,以含深沟球轴承的曲柄滑块机构为仿真算例,分析轴承间隙与柔性特征对该机构运动位置与速度误差的影响规律。研究表明,轴承内外圈中心形成的相对偏心轨迹的变化特征是由多体系统动态环境下的轴承受载特性决定的;在轴承偏心影响下的机构运动位置与速度误差大小会随曲柄转角位置不同而变化。     

角接触球轴承保持架柔性多体动力学分析

考虑套圈、钢球和保持架的结构弹性变形与动态接触关系,建立了角接触球轴承柔性多体接触动力学有限元仿真模型。在不同引导游隙、转速和径向力下,运用ANSYS/LS-DYNA仿真分析了角接触球轴承的动力学性能,以及保持架的动态冲击应力和稳定性。计算讨论了角接触球轴承的动态接触应力,获得了保持架的角速度、动态冲击应力、质心运动轨迹等仿真结果,它们与理论计算结果具有较好的一致性。结果表明,球轴承运动速度的变化对保持架的动态冲击应力和稳定性的影响较大。     

钢丝绳三维接触模型及丝间应力分布研究

建立了1×19IWS钢丝绳三维接触模型,该模型采用Splitting-pinball算法进行接触位置搜索,采用Augmented-Lagrangian算法进行接触载荷计算。对模型施加拉伸载荷,应用有限元进行了计算。分析计算结果,得出了钢丝沿轴线方向及在钢丝横截面内的应力分布规律;对照摩擦因数分别取0.10、0.11、0.12时的计算结果,得出摩擦因数对钢丝应力的影响规律,摩擦因数对钢丝切应力影响显著。分析了5个不同捻距倍数的钢丝绳计算结果,得出了捻距倍数对钢丝应力的影响规律,钢丝vonMises应力随捻距倍数增大而增大,但增大不明显,钢丝切应力随捻距倍数增大而减小,且在捻距倍数较小时变化幅度较大。进行了钢丝绳拉伸变形试验,试验结果与计算结果一致,说明所选用的模型是合理的。     

双砂带抛光细长螺旋曲面过程中的接触状态分析

针对自由式砂带抛光中砂带的接触状况,建立螺杆受力的力学模型,利用有限元分析方法分析了砂带与螺杆的接触应力以及砂带的变形情况,得到螺杆所受的正压力和砂带自身应力、应变的变化情况;研究双砂带抛光对螺杆中径抛光质量的改善情况,也为相关参数的选取和理论计算提供了依据。     

HSK热装式刀具设计的数值计算和分析

利用有限元分析软件NX Nastran中的面接触功能,对高速精密热装式刀具在不同的配合过盈量、不同的刀杆壁厚、不同的配合长度和不同的工作转速等条件下进行了接触变形位移和接触有效应力的计算,其计算和分析结果为HSK热装式刀具配合尺寸公差的选取和结构的优化设计提供了理论指导。     

一种新型齿轮的数学模型及有限元分析

提出了一种具有新型齿廓的"S"形齿轮。利用齿轮啮合原理,建立了"S"形齿轮的数学模型,包括"S"形齿轮的齿廓曲线方程和齿面方程,利用UnigraphicsNX、Hypermesh和ANSYS建模及有限元分析软件精确建立了"S"形齿轮的单齿啮合有限元模型,并对其进行了接触有限元分析。分析结果表明,"S"形齿轮具有传动精度高、承载能力大等优点。     

基于AutoCAD面向对象的轻型钢结构有限元分析

提出了一种基于AutoCAD面向对象技术的轻型钢结构有限元分析方法。首先采用面向对象的技术建立轻型钢结构的计算机表示模型，在利用ObjectARX2000开发平台实现三维钢结构的结构自动设计的基础上，直接访问AutoCAD的数据库，提取并计算有限元的必要数据，利用面向对象的方法构建有限元分析所需要的类。最后，进行了实例化。     

歪斜状况下滚子轴承的接触应力求解与分析

根据弹性接触理论,建立了滚子与滚道在歪斜工况下的接触模型,并结合影响系数法,编程求解了歪斜工况下滚子与滚道的接触问题。通过与赫兹理论解及有限元结果的对比,验证了程序结果的准确性。通过分析歪斜角、外载荷及滚道半径对滚子与滚道接触应力分布的影响,得到如下结论：歪斜工况下,滚子与滚道接触时会出现歪斜效应,即滚子与内圈接触时接触应力在接触副中部增大、两端减小,滚子与外圈接触时接触应力在接触副两端增大、中部减小;歪斜效应随着歪斜角的增大、外载荷的减小及滚道半径的减小而逐渐明显。     

转化器蒸汽发生器挠性薄管板的设计及制造

利用有限单元分析法,对转化器蒸汽发生器的挠性薄管板建立了包括管箱、壳体和换热管等元件的模型。依照JB 4732-1995《钢制压力容器---分析设计标准》（2005确认版）中的4种工况对该管板进行了分析评定;同时,根据GB 151-1999《管壳式换热器》对换热管与管板连接的拉脱力进行了评定。     

基于FEM的某SRV车发动机舱侧翼板模态分析研究

以某SRV车发动机舱侧翼板为例,以四边形板壳单元为主要离散单元,利用Hypermesh软件分析了其模态的主要振型,以此来说明用Hypermesh软件分析零部件模态的过程,并验证了侧翼板的振动模态符合设计目标。     

接触路径对弧齿锥齿轮接触应力和弯曲应力的影响

采用TCA、LTCA及弹性理论综合分析的方法研究了接触路径对弧齿锥齿轮接触应力的影响，利用有限元应力影响矩阵法分析了齿根弯曲应力状态，实验测定了接触路径倾斜度不同的弧齿锥齿轮的齿根弯曲应力。数值仿真与实验都证明，通过倾斜接触路径得到的高重合度弧齿锥齿轮齿面载荷分布合理，在强度方面具有明显的优越性。