机车车轮与重载辙叉的接触与残余应力分析

针对大秦重载线路道岔辙叉区疲劳伤损、裂纹、剥离掉块等问题,利用JM3机车车轮型面和标准75 kg/m钢轨12号辙叉型面,建立机车车轮和辙叉区三维有限元接触模型,对辙叉等效应力、表面接触应力和内部残余应力进行有限元弹塑性分析;结果表明:翼轨上距离理论尖端240 mm位置的MISES应力最大,达到1 537 MPa,进入塑性变形阶段,塑性应变会引起材料的残余应力和残余变形;距理论尖端240~420 mm区段残余应力较大,最大可达到945 MPa,主要分布深度在0.5mm左右;机车通过辙叉区段平顺性良好,最大变形相差不大,但距离理论尖端480 mm位置的最大残余变形超出其他位置,达到0.087 mm,该截面位置翼轨磨耗会相对严重.     

基于修正Preston方程的气压砂轮加工特性

为了解决高硬度、高耐磨激光强化自由曲面难以高效光整的问题,提出软固结磨粒气压砂轮加工方法. 通过高聚物黏结剂在充气柔性砂轮表面构成磨粒层,使每颗磨粒受力后可以局部微动,影响周边磨粒群的受力状况而发生群体效应,达到软性条件下的应力集中,形成高效切削. 以拉宾诺维奇(Rabinoweizc)磨损理论为依据,引入硬度比例系数和表面硬度系数,结合磨粒粒度对材料去除的影响,给出修正系数. 结合弹性力学理论,对柔性基体供力环境下的材料去除进行应力修正,给出修正的Preston方程,提出该方法材料去除的量化模型. 建立砂轮表面磨粒群在任一接触状态下的速度计算公式,通过ANSYS仿真给出下压量与压力的关系谱图. 修正系数经实验验证基本与理论分析相符,证明该方法可以降低材料去除的量化误差. 根据不同磨粒粒度的实验对比,给出针对高硬度表面光整的工艺参照.     

深海高压舱密封性能评价研究

为了确保基于O形橡胶密封圈的深海高压舱实现可靠密封，避免因经验设计带来的密封失效，提出了通过计算O形橡胶密封圈密封工作时的最大接触应力来判断密封可靠性和安全裕度的评价方法.采用超弹性单元HYPER56建立了O形密封圈的有限元分析模型，计算了高压舱O形密封圈在承受内压时的应力分布.计算结果表明,当O形圈的预压缩量小于1 mm 时，增大O形圈的预压缩量，可以显著提高O形圈的最大接触应力；当O形圈的预压缩量大于1 mm 时，增大O形圈的预压缩量对提高O形圈的最大接触应力贡献不大；当O形圈的预压缩量大于0.6 mm时，O形圈的最大接触应力始终大于密封压力，高压舱能可靠实现60 MPa的密封.对上述结论进行了高压密封实验，实验结果表明，当O形圈的预压缩量为0.8 、1 和1.2 mm时，高压舱能可靠实现60 MPa的密封；通过计算当O形橡胶密封圈密封工作时的最大接触应力，可以对高压密封舱的密封性能做出正确判断.     

气囊抛光工具与工件接触区压力及应力的分布规律研究

分析了柔性抛光工具中不同壁厚的气囊与金属工件接触时接触区的压力和应力分布特征以及气囊接触变形情况;同时借助于唯象理论,获得气囊材料的本构模型,并结合有限元软件ANSYS对接触区应力进行仿真分析．分析结果表明：随着气囊的壁厚与硬度的减少,其与金属工件接触区之间的压力和应力布由“A”型向“M”型再向“n”型转变．逐渐趋于均匀．     

恒速磨削时砂轮磨损对加工表面层质量的影响

残余应力分布状态及表面租糙度是评定加工表面层质量的两个重要参数。本文在适应控力磨削系统中恒速磨削条件下,砂轮磨损对磨削残余应力分布和表面粗糙度的影响规律进行了试验研究。结果表明,砂轮磨损过程对磨削加工表面层质量,尤其是对磨削残余应力的性质、大小、分布状态影响很大。并提出了由σx/σ_t之比值判定砂轮磨钝的新方法。     

座椅调角器轴部过盈量选配分析

建立了座椅调角器凸轮和凸轮轴的有限元模型.依据调角器的工作原理,运用非对称矩阵对凸轮和凸轮轴不同过盈量进行仿真接触分析,得到接触应力随过盈量的增大而增大.利用过盈联结的基本理论,进行理论计算,得其理论过盈量为0.031 mm.根据仿真结果和理论计算确定凸轮和凸轮轴的最佳过盈量为0.04 mm,可作为过盈联结设计的简便方法.     

金属磁流变光整加工中磁极平行布置的磁场研究

为了研究金属磁流变光整加工装置设计中用导磁性材料对平行布置磁极进行连接引起的加工区磁场的变化规律,对金属磁流变光整加工中平行布置磁极进行改进,以改进后的加工区磁场为研究对象,利用ANSYS软件对加工区磁场的强度和分布进行了仿真分析并对磁场强度进行了实际测量.研究结果表明:平行磁极布置改进后,靠近导磁材料区域磁力线分布密集,连接部位磁力线最为密集,远离导磁材料区域磁力线分布相对稀疏;平行磁极布置改进后纵向磁感应强度的分布出现了较明显的区域差异,呈现出中间加强两端减小的变化趋势,纵向磁场中部磁感应强度平均提高0.01T.平行磁极布置改进后,加工区内磁场方向没有发生变化,磁场强度分布均匀性变差,中部磁场强度有所增加.     

砂轮片旋转状态下应力分布研究

通过理论分析求得砂轮片在空转状态下的应力分布公式,利用有限元仿真软件分析了砂轮片在空转状态下的应力分布,经过两者分析比较,证明结果是一致的,即砂轮片切向应力总是大于径向应力,等效应力基本上等于切向应力,应力最大处在内孔位置,并且随着转速的提高,砂轮片的破坏趋势愈发明显.分析结果为砂轮片失效机理的研究提供了依据.     

回转窑轮带受力模型及接触应力仿真分析

由于回转窑轮带的应力状态以及轮带与托轮间的接触应力分布是影响其安全运转的重要因素，为此，作者针对轮不定期接触的结构特点和运行特性，建立了轮带受力的力学模型，获得了筒体对轮带压力的计算公式，此外，运用力学与有限元理论对轮带接触应力分布进行了仿真研究，运用ANSYS软件计算了轮不定期的接触峰值应力，计算结果表明：在轮不定期顶部、中部和支撑位置史，应力均出现峰值，且轮带工作时最危险的部位是托轮与轮带的接触处，这为回转窑的安全运转及调整提供了理论依据。     

考虑平面外弯曲的锚链磨损腐蚀联合作用分析

系泊钢链环位于导缆孔处,由于浮式平台的牵连运动,致使其经常受到平面外弯曲载荷作用,从而可能产生损伤。以R4级124 mm直径无档钢链环为对象建立有限元模型,基于Archard磨损理论,计算系泊链环的磨损量,结合均匀腐蚀速率模型,对钢链环长期遭受海洋环境中腐蚀和磨损共同作用进行研究与分析,对比不同平面外弯曲角度载荷下的应力变化与接触特性。研究结果表明:平面外弯曲应力使得系泊钢链环肩部区域两侧应力分布规律发生变化,而磨损和腐蚀联合作用使得链环的最大应力位置从接触区域转移到肩部区域,考虑平面外弯曲应力对于系泊钢链环的应力分布变化规律具有重要影响。     

45钢激光热处理及其生产应用

本文采用用优化激光加工工艺参数对４５调质钢激光相变硬化及其Ｇ１８５型柴油机曲轴进行生产应用的研究。结果表明，４５调质钢经过激光相变硬化处理后，其表层获得超细化金相显微组织，硬度和耐磨性均得到显著地提高；Ｇ１８５型柴油机曲轴开花岙经激光加工后，变形甚微，表面硬度，粗糙度、几何尺寸及其形位公差符合图纸上技术要求，激光加工曲轴工作面，尤其对尺寸到位的曲轴工作面的加工是完全可行的     

螺旋曲面成型抛光用千叶轮的廓型设计及修整方法

为了提高螺杆转子螺旋曲面的加工效率和表面加工质量,提出了一种采用砂带千叶轮成型抛光螺杆螺旋曲面的新型工艺方法.砂带千叶轮是一种具有抛光质量好、寿命长、效率高、成本低等优点的异型涂附磨具,为获得千叶轮的几何形状,研究了千叶轮成型抛光运动的原理,建立了千叶轮与螺杆螺旋曲面的数学模型,确定了空间啮合接触线,设计了千叶轮的廓型,给出了千叶轮廓型数据的计算实例,利用三维软件进行了啮合模拟仿真,搭建了简易修整试验装置并完成了对千叶轮的修整加工试验.结果表明:利用砂带千叶轮成型抛光螺杆螺旋曲面具有可行性.     

Effect of gear teeth finishing method on properties of teeth surface layer and its resistance to pitting wear creation

This work presented the characteristics of two gear teeth finishing methods, due to the properties of gear teeth surface layer obtained at the tooth working depth. These methods are: 1) the teeth carburization, hardening to a hardness of HRC 60-62 and then grinding, 2) the soft gear shaving as the final mechanical treatment and then carburizing and hardening to the hardness of HRC60-62. This work included the test results of the contact fatigue strength carried out on the circulating power system. The Wohler curves were plotted due to the obtained results, as the basis for the practical evaluation of the considered gear finishing methods. The parameters like volume distribution of the voids, content of the retained austenite, compressive residual stress value, but also the results of contact fatigue strength tests, are more favorable for the teeth shaving method than for the teeth grinding method.     

压铸模的功能梯度材料涂层性能分析

为了提高压铸模的使用寿命,用有限元方法对涂层为功能梯度材料的压铸模进行分析.梯度材料涂层分为5层,沿模具表面法向氮化钛所占的比例逐渐增加,分别为20%、40%、60%、80%、100%.在不同厚度涂层的应力分析中,涂层中氮化钛的比例不变,只增加每一层的厚度,涂层总厚度分别为0.002 mm,0.004 mm,0.006 mm,0.008 mm,0.01 mm.功能梯度材料的性能参数采用简单混合物运算法则计算.应用有限元法对有功能梯度材料涂层的模具和没有功能梯度材料涂层模具的温度场、应力场进行比较分析,并对不同厚度功能梯度材料涂层的应力进行研究.结果显示:当功能梯度材料涂层的厚度为0.006 mm时温度场分布更合理,表面剪应力及压应力变化平缓,有效延长了模具寿命.     

磨削淬硬热力相变数值分析

磨削淬硬技术是以磨削力做功产生足够的热量,以达到奥氏体相变温度,工件表面需承受高温、磨削力和相变等的综合作用。文章基于磨削淬硬热力相变作用,进行了温度场有限元分析和结构分析,通过耦合有限元法计算了三种高度不同工件加载过程中不同时刻工件应力-应变分布及变形情况、工件内部应力—应变分布情况以及工件高度对工件变形的影响规律。结果表明:应力、应变集中在工件表层,在磨削弧区其值最大,越远离工件表面,应力、应变越小;相同加工参数下,工件越高,应力、应变集中区域所占工件体积比例越小,总体变形也较小。     

Clarification of abrasive jet precision finishing with wheel as restraint mechanisms and experimental verification

According to the critical size ratio for the characteristic particle size to film thickness between grinding wheel and work, the machining mechanisms in abrasive jet precision finishing with grinding wheel as restraint can be categorized into four states, namely, two-body lapping, three-body polishing, abrasive jet machining and fluid hydrodynamic shear stress machining. The critical transition condition of two-body lapping to three-body polishing was analyzed. The single abrasive material removal models of two-body lapping, three-body polishing, abrasive jet finishing and fluid hydrodynamic shear stress machining were proposed. Experiments were performed in the refited plane grinding machine for theoretical modes verification. It was found that experimental results agreed with academic modes and the modes validity was verified.     

超固结土三轴排水不排水试验数值分析

在临界状态土力学的框架内,采用Hashiguchi提出的下负荷面本构模型,建议了一个简化的塑性硬化规律,使之能较合理地描述超固结粘土在正常屈服面和下负荷面之间的变化规律。数值模拟结果表明,修正后的硬化规律能够较好地描述超固结粘土的许多力学特性如应力应变关系、应变软化以及应力剪胀性等。数值预测结果与室内三轴排水试验结果相一致,并可以用来分析超固结粘土的不排水三轴应力路径。     

基于遗传算法的脊杆索穹顶优化设计

为了降低实际工程中索穹顶结构的造价,提出了一种基于遗传算法的优化设计方法,将预应力倍数和构件截面作为离散设计变量,在目标函数中考虑了结构的施工张拉程度.以Geiger和Levy两种索穹顶作为算例,得到了在多种荷载工况下满足结构应力和位移约束的索穹顶最小造价,并研究了预应力对优化结果的影响.将索穹顶的脊索替换为可受压的钢杆后,对改进方案——脊杆索穹顶进行了优化设计,并与原结构对比了结构造价和力学性能.结果表明:该方法能够高效准确地得到造价最小的索穹顶结构,各构件内力比较接近其极限设计状态;有必要在索穹顶的设计过程中考虑预应力分项系数和活荷载不均匀分布等因素,以满足结构稳定性和单根构件承载力的要求;采用钢杆替换脊索,使索穹顶结构的总造价稍有降低,并显著降低了结构挠度和支座反力.     

EPS颗粒整体集合的直剪试验研究

为研究聚苯乙烯泡沫颗粒整体集合的抗剪强度特性,通过直剪试验,针对粒径为1、3及5 mm的泡沫颗粒,测定了不同法向应力条件下剪应力与剪切位移之间的关系,分析了颗粒粒径及压缩性对抗剪强度的作用影响。结果表明:随着粒径的增加,EPS颗粒整体集合的抗剪强度逐渐降低;当EPS颗粒粒径由1 mm增加至5 mm时,其整体的内聚力由8.1 kPa减小至2.75 kPa,内摩擦角也随之减小,其原因在于EPS颗粒整体集合的压缩量随粒径的增加而增大。