基于试验数据的滑动摩擦温度场仿真方法研究

建立摩擦温度场的理论计算模型,根据实时变化的摩擦因数,采用三种不同的加载过程对摩擦温度场进行仿真计算,探讨了摩擦热的产生及传导过程。试验及仿真结果表明,热流率平均加载不能体现摩擦过程中摩擦因数的变化对摩擦温度的影响,仿真时考虑接触位置的旋转半径及摩擦因数的实时变化能更准确地反映实际的摩擦温度变化。热量产生后由接触区域向四周扩散,下试样的温度梯度在接触区域正下方达到最大;同样的试验条件下,由于下试样材料热物理性质具有差异性,从而使得热传导率越高的下试样分配的热量越多,且其温度分布越均匀。      

深海机械密封端面摩擦及变形特性研究

以深海推进器等水下设备用机械密封为研究对象,建立机械密封环模型,考虑深海变工况下接触端面摩擦因数的差异性,采用分离法分别对机械密封动、静环端面进行热-力耦合变形分析,并对分别考虑密封环热变形、力变形、热-力耦合变形的分析结果进行比较。结果表明:接触端面摩擦因数大小与介质压力、转速、液膜厚度等因素有关,端面摩擦因数随介质压力增大而减小,随转速增大而增大,随液膜厚度增大而减小;单一力变形、热变形分析与热-力耦合变形分析结果差别较大,热-力耦合分析结果要比单一变形分析更接近实际、分析更准确;瞬态工况下,端面温度及端面接触应力峰值均出现由外向内的变化趋势,端面接触状态受端面温度分布影响明显。     

端面摩擦磨损自动检测系统的设计

端面摩擦磨损试验可以模拟和检测面接触摩擦副的摩擦学特性。设计了端面摩擦磨损试验自动检测系统。首先在建立摩擦力和摩擦因数测量的数学模型的基础上,设计了摩擦力参数的自动检测系统,然后设计了端面试验机的智能化测控系统。使用结果表明,使用该自动检测系统的端面摩擦磨损试验机可实时检测和处理载荷、速度、温度、摩擦力和摩擦因数等参数信息,并以表格或图像曲线形式显示,有利于对试验材料的摩擦学特性变化作出实时、客观、量化的评估。     

关节轴承摩擦温度场计算方法

以推力型关节轴承为研究对象,分析了轴向载荷下的接触应力,并根据试验所得摩擦力矩反推出了动态摩擦因数。结合接触应力及摩擦因数求出了摩擦热流率,并将其作为第二类边界条件进行了轴承非定常温度场有限元分析,最后利用红外热像仪拍摄了摩擦过程中轴承侧表面温度分布,检验仿真结果的可靠性。仿真与试验结果表明：该计算方法解决了球面摩擦副摩擦因数的精确计算和热流率的空间分配问题,建模时忽略球面间隙会直接影响接触应力分布并造成温度场分布出现较大误差,考虑球面间隙可以更精确地计算轴承摩擦温度场。     

飞机舵机组合O形密封件密封性能与摩擦热效应的数值分析

飞机舵机一般采用橡胶-聚四氟乙烯组合O形密封件密封活塞杆高压端面,舵机工作时的摩擦发热会导致密封件的密封性能下降。为研究密封性能的热效应,利用ABAQUS软件建立考虑三重非线性(材料非线性、几何非线性以及边界非线性)的热-结构耦合效应的组合O形密封件有限元模型,分析密封件在不同油压下的接触压力分布及密封性能。开发ABAQUS的重启动功能,研究不同油压、滑动速度以及摩擦因数3种因素对密封件在活塞杆滑动过程中的摩擦生热影响,得到密封件的局部温度场分布,探讨3种因素对温度场的影响规律。分析结果表明:密封件在活塞杆滑动过程中的最高温度随着油压、滑动速度和摩擦因数的增大而增大,其中摩擦因数的影响最为显著。     

基于磷化涂层表面改性齿轮的温度场特性研究

为研究磷酸锰转化涂层对齿轮啮合温度的影响,综合运用齿轮啮合理论、摩擦学和传热学知识,并结合SRV摩擦磨损试验测得的涂层和非涂层情况下的摩擦因数,从而精确地计算出齿轮的摩擦热流密度、对流换热系数等边界条件及载荷;最终得到涂层前后齿轮轮齿的稳态温度场分布,并分析了转速、转矩等参数对齿轮稳态温度场的影响。研究结果表明,涂层处理后齿轮的最高温度低于未涂层齿轮的最高温度,为齿轮的抗疲劳、抗胶合研究提供了参考依据。     

基于摩擦影响的渐开线直齿圆柱齿轮温度场分析

以渐开线直齿圆柱齿轮为研究对象,利用前期研究所得到的摩擦因数公式及多体动力学软件ADAMS,可以求得主、从动齿轮在不同啮合位置的摩擦热流量。应用ANSYS软件对齿轮进行稳态温度场分析,研究转速对齿轮温度场的影响。结果表明,考虑到齿轮在不同啮合位置的摩擦因数不同,可以更加准确地分析齿轮的本体温度场;齿轮表面温度场的分布主要与传输到齿面的摩擦热流量和齿面散热有关;齿轮转速是影响齿轮本体温度的重要因素,主、从动齿轮的齿面最高温度均随着转速的增加而升高。     

基于红外方法的摩擦副温度场测量及仿真

搭建了基于红外方法的端面摩擦副温度场在线测量系统,在获得摩擦界面近似温度及非接触侧表面温度分布的同时获取了摩擦过程中的摩擦系数、载荷及转速等参数;通过有限元软件ANSYS建立摩擦温度场计算模型,引入红外探头获得的接触面近似温度对摩擦温度场进行了实时仿真,通过与热像仪测量温度的对比发现,二者具有较好的一致性。     

动态摩擦因数对蝶式制动器温度场影响的试验和模拟研究

针对蝶式制动器制动过程中温度场研究的需要,利用相似原理研制定速制动试验台,用以模拟摩托车匀速下长坡时的制动工况。制动试验台用车床的三爪卡盘控制固定在旋转轴上的制动盘做定速旋转运动,内外摩擦片通过液压力夹紧制动盘,使制动盘与摩擦片发生摩擦运动,通过热电偶、拉压力传感器、压力表、热成像仪分别测出定速制动50 s的摩擦片上固定点的温度变化、制动扭矩(经计算得出)的动态变化、制动力的均值、制动盘摩擦区域的温度场变化,实时显示并记录下来。定速制动摩擦试验机能实现不同转速、不同制动力等条件下,制动过程中的各变量的动态测量。试验还选取热成像仪测得的最大的温度为变量,研究摩擦因数随温度的变化。在试验的基础上,用ABAQUS对制动盘与摩擦片的相互作用做了一些仿真和分析。仿照实际模型1∶1建模,加载与边界条件与实际模型相同,将测得的摩擦因数随温度变化的数据输入接触条件,仿真得到制动盘与摩擦片温度场的变化。仿真与试验的结果对比表明摩擦因数动态变化的接触模型能很好的模拟制动的实际工况。     

钢背铜塑自润滑材料端面摩擦条件下的二维稳态热分析

应用有限差分和传热学的基本原理,建立了聚甲醛钢背铜塑三层自润滑复合材料端面试样的温度场分析模型和计算方法,推导出了一种二维离散有限元空间的稳态温度差分方程。在端面摩擦边界条件下使用该方法给出了试样的温度场分布,其结果与试验结果吻合较好,表明该模型能满足模拟钢背铜塑自润滑材料端面试样的摩擦热分析要求。     

油泵用机械密封摩擦副界面热-结构耦合分析

以热-结构耦合数值计算理论为基础,同时施加温度和力载荷边界条件,对处于高速、高压等高参数极端工况热油泵用波纹管机械密封装置摩擦副界面进行了热-结构耦合数值建模与计算分析。研究了密封环摩擦副界面的温度场特点及温度、热应力分布规律,分析了密封环在温度载荷和力载荷耦合作用下密封环的变形情况。结果表明:最高温度产生在摩擦副内径处,最大热变形在摩擦副外径处;动静环配对材料的导热系数越大,产生的最高温度就越小;在摩擦副的外径侧产生的变形有利于形成收敛型间隙。     

汽车蹄鼓式制动器瞬态温度场仿真分析

鼓式制动器制动过程中不仅涉及到接触应力场、摩擦生热的温度场,而且它们之间存在相互耦合作用。采用直接热力耦合的有限元方法研究,鼓式制动器一次紧急制动工况下的瞬态温度场。通过仿真计算得到制动鼓旋转角速度随时间的变化曲线,摩擦接触区域的温度分布以及不同位置节点温度的时间历程曲线。     

齿轮传动热-结构耦合效应与分析

重载齿轮在传动过程中啮合面由于相对摩擦会产生大量的热,导致齿面温度升高、应力增加、可靠性降低,而间接偶合法对热流边界加载区域不能精准确定。采用直接耦合进行齿轮热-结构耦合分析,得到了齿轮啮合动态温度场和应力场分布;并对影响耦合效应的摩擦因数、相对转速、齿轮模数进行了讨论。结果表明,齿轮模数对啮合温升、热应力影响较大,对大模数齿轮设计时需要考虑热-结构的耦合效应。     

轮轨滑动摩擦生热分析

利用ANSYS有限元软件建立轮轨滑动摩擦热-结构耦合简化模型,针对特定载荷、摩擦因数和相对滑动速度工况进行了轮轨的温度场和应力场研究.结果表明:轮轨处在滑动摩擦状态时,需考虑材料参数随温度变化的影响;热影响区分布于轮轨表面很薄层,并在此薄层产生很高的热应力;随着轴重力、摩擦因数和相对滑动速度的增大,轮轨的热效应越明显.轮轨滑动过程的热效应问题研究将有助于揭示接触过程中的表面磨损机理.     

鼓式制动器热-结构直接耦合有限元分析

鼓式制动器的制动过程涉及到接触应力场和摩擦生热温度场的相互耦合作用,在制动过程中,温度的变化会对结构的变形及材料属性产生影响,同时,结构的变形也会改变结构的热边界条件,进而又影响温度的变化。采用ANSYS直接耦合场方法建立鼓式制动器非线性仿真模型,考虑摩擦的影响,仿真计算一次紧急制动工况下鼓式制动器应力场、温度场以及摩擦副间接触压强分布随时间的变化情况。     

鼓式制动器热-结构直接耦合有限元分析

鼓式制动器的制动过程涉及到接触应力场和摩擦生热温度场的相互耦合作用,在制动过程中,温度的变化会对结构的变形及材料属性产生影响,同时,结构的变形也会改变结构的热边界条件,进而又影响温度的变化。采用ANSYS直接耦合场方法建立鼓式制动器非线性仿真模型,考虑摩擦的影响,仿真计算一次紧急制动工况下鼓式制动器应力场、温度场以及摩擦副间接触压强分布随时间的变化情况。     

火箭橇滑块摩擦热的结构耦合场分析

利用ANSYS软件建立火箭橇试验中滑块与轨道的滑动摩擦热-结构耦合场模型,研究特定载荷和运行工况下滑块的温度场和应力场。结果表明:滑块材料的热参数和滑块轨道间的摩擦因数对接触面温度有很大影响,接触面温度随摩擦因数增大而增大;分析指定路径上的应力分布可知,摩擦热影响区和热应力集中区域约为从接触面开始至向上6 mm范围内,滑块在运行中的破坏发生在该区域。     

矿用大尺寸湿式摩擦副瞬态摩擦热特性研究*

矿用重型刮板输送机可控启动装置的核心部件湿式摩擦副在启动过程中，呈现出液体黏性摩擦、粗糙接触摩擦、生热/传热/散热等高度复杂的耦合特征，对瞬态摩擦热特性的研究提出了较大挑战。以矿用大尺寸湿式摩擦副启动过程为研究对象，构建接触界面压力与瞬时热传导模型，基于界面压力的动态变化研究摩擦副瞬态摩擦热特性，揭示非均匀温度场的动态分布规律，分析对偶钢片和摩擦片温度的差异性，并进行试验验证。结果表明：摩擦副瞬态温度场受到接触界面压力、相对转速及对流换热作用的综合影响，径向方向存在明显的温度梯度，呈现不均匀性分布，最大值出现在外径附近，摩擦片最高温度只有对偶钢片的1/2。仿真值与试验值具有较好的吻合性，可准确地预测温度场的动态变化规律，为大尺寸湿式摩擦副瞬态热特性的研究奠定了理论基础。     

齿轮接触应力和温度场分析

为了得到齿轮啮合过程中轮齿接触面的接触应力分布及温度场分布,建立了啮合齿轮接触应力和温度的分析模型,采用赫兹接触理论对标准渐开线齿轮的接触应力分布进行分析,并通过有限元温度场分析方法对齿轮温度场的分布情况进行了分析;研究了啮合过程中轮齿接触点相对滑动速度、齿面摩擦因数及摩擦热流密度的计算方法,得到了啮合齿轮接触应力分布和温度场分布。     

惯性摩擦焊接钢管焊合区热塑性变形参量场的数值分析

根据金属塑性成形过程的大变形热弹塑性理论和虚功原理 ,建立了惯性摩擦焊接过程温度场、应力场及应变场的有限元热力耦合分析计算模型和有限元列式 ,并在给定边界条件下 ,解算了 34 Cr Mo4钢惯性摩擦焊接头动态温度场、应力场及应变场