有限元分析冲击滑动接触下应力分布的新方法

为了研究冲击滑动接触下材料表层及次表层应力的分布状态,建立了冲击滑动耦合作用下的接触模型,利用虚拟接触载荷法离散载荷,简化了有限元模型中的接触搜索算法,提高了计算效率。计算结果表明,冲击滑动接触主要表现为剪切表面化和接触应力非对称化。     

DEM-FEM耦合仿真中载荷转换方法的研究

在离散元-有限元单向耦合中,需要将离散元仿真获得的颗粒载荷转换至有限元模型中。基于圣维南原理给出了一种转换算法,通过假定压力呈线性分布,实现了将颗粒接触力等效转变为渐变压力施加到有限元模型上,并与离散元软件自带的加载方法进行了对比分析。结果表明:渐变载荷加载方法可以合理地反映颗粒载荷的分布情况,并能兼顾整体受力与实际情况一致。     

螺栓受力分析的组合结构法及其疲劳寿命估算

本文以螺栓应力分析为例,建立了用弹性力学有限元的组合结构法解决繁杂的弹性接触问题的力学模型。该模型综合考虑了加工、装配误差等因素对螺栓受力的影响,可以得到精度很高的螺纹载荷分配规律和螺纹根部的应力分布。文章的后半部分结合实例介绍了估算疲劳寿命的局部应力—应变法。     

用改进的CT法估算离散点云的法矢和曲率

逆向工程中一个基本而关键的步骤是基于离散数据点估算法矢和曲率.针对目前常用估算方法CT法的缺点进行改进,提出以传统CT法估算的法矢为初值,通过迭代的过程提高计算精度.实验结果表明,所提出的改进算法不但简单可行,而且能够大大提高计算精度.     

体壳混合单元接口方案的研究与应用

为了研究体壳混合单元接口方案对分析计算精度的影响,将计算模型分为连续的和带缺口应力集中的箱型梁结构。对模型离散化时,在接口处分别采用节点耦合法、MPC接触绑定法、RBE3柔性连接法及RBE2刚性连接法4种接口方案进行离散。通过以纯实体单元和纯壳单元两种模型作为对比参照基准,对不同工况下各计算模型接口应力数据进行统计分析,验证接口方案的精度及合理性。在得到最优的接口方案后,将其应用在更为复杂的实际工程结构中做进一步验证。研究表明,RBE2刚性连接方案的精度最好,节点耦合法接口处的应力扰动最大;随着载荷工况变复杂、计算模型存在应力集中时,各方案的精度都有所下降,而所受载荷的复杂程度对接口方案精度影响不大。     

一种修正的含间隙转动副双弹性层接触力模型

采用现有双弹性层接触力模型计算考虑涂层的含间隙转动副法向接触力时,为保证计算精度需要反复试算来确定合适的离散角度,导致计算过程复杂且耗费时间。针对上述问题,基于Winkler弹性基础模型和Hertz椭圆形压力分布假设推导出了接触力与法向变形量的解析表达式,建立了一种修正的双弹性层接触力模型,避免了对接触角进行离散。通过对比分析解析解和有限元数值解,结果表明修正的双弹性层接触力模型既能保证计算结果准确性又能显著降低计算耗时。     

基于响应面法的数控机床主轴系统热特性有限元模型修正

提出一种运用响应面法建立数控机床主轴系统有限元热特性分析的近似模型的数值方法。将主轴系统热特性温度误差与热载荷参数之间的隐性关系用显示函数近似表达出来,代替原有的有限元模型。在此基础上对有限元模型进行优化修正,提高原有限元模型的准确度。对数控螺纹磨床主轴系统有限元模型修正的结果表明:基于近似模型的主轴系统有限元模型的热载荷修正方法可以减少有限元分析的计算误差,提高有限元模型修正的效率,热特性分析有限元模型修正结果精度较高。     

产品仿真分析中曲面不均匀分布载荷施加方法

针对复杂零件有限元分析中,曲面不均匀分布载荷难以施加等问题,提出基于特征函数分布的曲面有限元加载方法。给出载荷特征函数的基本概念,基于载荷特征函数分别对自由曲面以及圆柱面不均匀分布载荷的加载进行研究。将曲面离散为小单元的网格面,根据载荷分布特征函数与曲面的形状,计算出曲面上各网格或者节点所受的载荷,自动将载荷离散并映射到需要加载的曲面上。该方法对叶轮叶片表面不均匀分布载荷的加载等进行应用验证,验证结果表明该方法是稳定可靠的,可快速实现自由曲面与圆柱面不均匀分布载荷的施加,有效地解决复杂零件有限元处理中不均匀面载荷的加载问题。     

传动螺旋螺牙轴向力分布的弹簧组模型

运用离散化的方法,将传动螺旋螺牙轴向受力特性建模成弹簧组系统,建立了螺牙轴向载荷分布的数学模型及求解方法.通过模型简化确立了等截面圆螺母螺牙轴向载荷分布估算公式,可以快速有效地求解各圈螺牙轴向载荷,模型求解结果与有限元法求解结果具有良好的一致性,单个螺牙轴向载荷分布百分比误差低至2%.     

基于热机耦合的机体主轴承壁性能数值模拟与实验研究

针对一款2.7 L高增压柴油机,采用有限元方法计算了机体的结构强度,分析了热载荷与机械载荷对机体主轴承壁区域的应变分布影响。设计了发动机台架实验,测取机体主轴承壁面的温度与动态应变,对计算结果进行验证并分析了产生误差的原因。研究结果表明:机体主轴承壁的工作应力由热应力与动载应力两部分组成,在额定工况下,热应力占主导地位。通过对比模拟与实验结果可以发现,基于第3类热载荷边界条件计算得到的壁面温度精度较高,但是该方法精度强烈依赖输入的换热系数精度。基于有限元方法获得的应变模拟值表现出良好的跟随性。有限元方法对最大动载荷模拟精度较高。最大工作应变计算误差主要来自于最大热应力的计算误差。计算模型的拓扑网格结构、测点当地材料属性与换热条件是造成计算误差的3个主要因素。     

基于响应面法的主轴系统热特性有限元模型参数修正

提出了一种运用响应面法建立数控机床主轴系统有限元热特性分析的近似模型的数值方法,并结合实验数据,将主轴系统热特性温度误差与热载荷参数之间的隐性关系用显示函数近似表达出来,代替原有的有限元模型,并在此基础上对有限元模型进行优化修正,提高原有限元模型的准确度。对数控平面磨床主轴系统有限元模型修正的结果表明:基于近似模型的主轴系统有限元模型的热载荷修正方法可以减少有限元分析的计算误差,提高有限元模型修正的效率,热特性分析有限元模型修正结果具有可接受的精度。     

薄壁四点接触球轴承接触问题有限元分析

基于Ansys有限元软件,提出薄壁四点接触球轴承的逐级梯度细化接触区域的单元网格划分方法。建立等截面薄壁四点接触球轴承1/2单个滚动体与套圈及整个轴承有限元模型。计算分析了网格单元尺寸对四点接触球轴承接触特性的计算精度影响,求解整个轴承有限元模型在静径向力下的载荷分布规律,获得了薄壁四点接触球轴承较为精确的椭圆接触区域形状和四点接触状态。研究表明:对于接触特性计算,网格划分单元尺寸近似于接触椭圆短半轴的50%时便可以得到较精确计算结果,对于薄壁四点接触球轴承,钢球与内、外圈滚道的接触应力、等效应力和接触变形与径向载荷呈非线性递增关系,接触应力大小和载荷分布的计算结果与赫兹接触理论计算值具有较好的一致性。计算结果较为精确的模拟了薄壁四点接触球轴承的接触特性和载荷分布规律。     

基于平面应变曲梁模型的径向可倾瓦弹性变形的计算

从计算模型的合理性和易算性方面综合考虑,采用平面应变曲梁作为径向可倾瓦弯曲变形的计算模型。建立瓦的柔度矩阵,该柔度矩阵与各段上节点载荷矢量相乘,即获得变形的离散分布,所得计算结果与三维有限元模型得出的变形分布有较好的吻合,从而证实了本算法的正确性。     

大型轮式港口机械钢圈的加载方案分析和强度计算

为了确定港口机械钢圈的有限元分析模型,采用了其它小型钢圈进行相似载荷的有限元分析计算以及应力分布测试实验来进行参照.提出了几种不同的钢圈载荷分布规律,如余弦规律分布、均匀分布等,对不同载荷分布规律及其分布范围作了有限元分析计算,并与实际检测结果进行对比分析.最终确定采用120度范围的余弦规律载荷对港口机械钢圈进行有限元分析,建立了它的力学计算模型,并通过有限元分析法进行了计算,计算结果表明该方法是可行的,计算结果对指导钢圈产品设计具有重要的意义.     

机械螺栓法兰连接的有限元力学模型比较研究

机械螺栓-法兰连接结构中存在着复杂的接触、摩擦和预紧等非线性因素.螺栓-法兰连接结构的有限元力学模型应当充分包含这些因素.首先介绍了连接结构接触分析的有限元法理论,然后比较研究了二维轴对称力学模型和三维实体模型在螺栓一法兰连接结构建模中的差剐,之后研究了温度载荷法、过盈配合法和等效外载法等三种不同的螺栓预紧力建模方法.计算结果表明:二维模型在处理螺栓-_法兰连接结构上计算耗费小,但计算精度较三维模型差别较大,结果粗糙;三种预紧力模拟方法都能模拟螺栓预紧载荷,但在适用范围、等效方法和计算精度等方面有区别.     

无网格RKPM在滑动轴承润滑分析中的应用研究

利用无网格重构核粒子法(RKPM)建立了动载荷径向滑动轴承润滑分析的计算模型,采用罚函数法施加Dirichlet本质边界条件,详细推导了基于无网格RKPM的动态Reynolds方程的离散形式,并联立轴心轨迹运动方程,计算了油膜压力和非线性轴心轨迹。通过算例编程讨论了RKPM节点数及节点分布方式对油膜压力精度的影响,同时给出了罚因子的最佳取值范围为1.0×102~1.0×104,并进行了误差估计。结果表明:基于无网格RKPM的润滑计算模型无论节点规则分布还是随机分布,都能取得较高的精度,且计算精度随节点数增加而增大。     

抽油机驴头设计中的载荷分析

通过对游梁抽油机驴头载荷分析,阐述了驴头现有设计中载荷选取存在的不足;鉴于有限宽度轴径油膜应力分布规律及绳轮机构受力分析方法,建立了合理的力学模型,推导出驴头和吊绳接触面载荷分布函数;运用有限元方法,分析了在两种不同分布载荷作用时驴头及相关部件设计的差异.实例计算及有限元分析表明,以余弦分布载荷计算与实际更为接近,确保...     

内啮合斜齿轮高精度三维有限元自动建模方法

为提高内啮合斜齿轮有限元接触分析的建模速度和模型精度,提出了一种齿轮高精度三维有限元模型的自动建模方法。基于齿轮插刀齿廓方程,利用齿廓法线法,得到包括齿根过渡曲线的内、外斜齿轮端面齿廓,建立了内、外齿轮参数化粗网格有限元模型。开发了表层六面体网格剖分方法,自动识别齿面接触带单元,进行分级剖分细化,保证了有限元模型的建模精度和网格密度。进行了齿面接触分析,得到了内啮合斜齿轮的弯曲应力、接触应力、接触印痕、传动误差、时变啮合刚度和载荷分配率。粗细网格有限元模型计算结果对比分析表明,该方法提高了内啮合斜齿轮有限元建模效率和计算精度,缩短了计算时间,为快速准确的齿轮接触分析奠定了基础。     

连续弹性体水载荷加载方案有限元分析

当水上飞机着水时,机身船体会承受撞水载荷。在飞机结构强度试验中,按照适航规范中水载荷的试验要求,可以用静载荷模拟机身船体的水载荷。由于船体双曲面结构、水载荷分布复杂等特点,采用传统的离散集中力来加载存在结构局部损伤风险。针对上述试验风险,提出了连续弹性体水载荷的加载方法,建立两种机身船体受载模型进行有限元仿真,分析计算结果可为水上飞机着水情况试验提供参考。     

基于局部应力应变法的桥式起重机用钢丝绳疲劳寿命估算

为保证桥式起重机的提升作业安全性,以32t×42 m双梁桥式起重机用钢丝绳为研究对象,采用局部应力应变法估算其承载从自由状态到额定载荷的两个载荷步时的疲劳寿命。通过有限元数值算法得到钢丝绳的应力分布,由此确定可能发生疲劳破坏的危险部位在钢丝绳与绳芯接触处,应力大小为1 060.3 MPa,寿命为7 233.6次。根据Manson-Coffin公式,通过平均应力修正,得到基于局部应力应变法的疲劳寿命计算模型,计算得到疲劳寿命为7 937.4次,与有限元数值算法得到的寿命相差8.87%,阐明了局部应力应变法估算钢丝绳疲劳寿命的可行性。