固定机械结合面法向接触刚度分形模型

针对以往结合面法向接触刚度分形模型在理论计算上存在的问题,对结合面单个微凸体弹性接触阶段法向刚度,单个微凸体弹塑性接触变形阶段的法向载荷以及法向刚度进行改进,进而建立了综合考虑微凸体弹性、塑性以及弹塑性两个阶段此三种变形机制的结合面法向接触刚度分形模型。模型理论预测值与实验值的对比结果可见,所建模型能较好地预测结合面法向接触刚度,表明了其正确性与可靠性,验证了理论改进算法的有效性。所建模型可用于相关的分析与计算,为进一步对结合面动态刚度特性的研究提供了理论依据。     

基于圆锥微凸体的结合面法向接触特性研究

为减小等效微凸体体积，使得等效后的微凸体体积更接近实际微凸体体积，将微凸体变形部分等效为圆锥微凸体，并结合分形理论和改进的W-M函数，建立了结合面法向接触刚度和法向接触阻尼模型，并对模型进行仿真分析和实验验证，仿真结果表明，法向接触阻尼随着分形维数的增大而增大，法向接触刚度随着分形维数的增大先增大后减小，并在分形维数为2.6附近取得最大值；法向接触阻尼随着分形粗糙度的增大先增大后减小，法向接触刚度随着分形粗糙度的增大而减小；法向接触阻尼随着塑性指数的增大而减小，法向接触刚度随着塑性指数的增大而增大；将理论分析结果与实验数据进行比较，两者基本保持一致，验证了其正确性。基于圆锥微凸体的结合面法向接触特性模型的提出，为结合面的刚度与阻尼预测和优化机械设备的性能以及结构改进提供良好的依据。     

结合面法向接触阻尼能量耗散弹塑性分形模型

结合面法向接触阻尼能量耗散建模时,只考虑微凸体弹性变形时的储能和塑性变形时的耗能是不完全的,因为微凸体存在弹塑性变形情况。通过引入微凸体加卸载模型,分离了处于弹塑性变形的微凸体的能量储存与耗散,建立了更加符合实际情况的结合面法向接触阻尼能量耗散及其损耗因子模型。通过仿真发现,结合面法向接触阻尼能量耗散及其损耗因子随着分形粗糙度参数的增大而增大,随着分形维数的增大先减小后增大,且在1.2附近出现最小值;结合面法向接触阻尼能量耗散随着法向接触载荷的增大而增大,损耗因子随着法向接触载荷的增大而减小;考虑弹塑性过渡机制情况下法向阻尼能耗低于仅考虑弹性和塑性机制情况下的法向阻尼能耗。     

固定结合面法向接触阻尼三维分形模型

基于分形理论,考虑了摩擦因素的影响和微凸体的变形过程,将结合面法向接触动力学模型等效为弹簧和粘性阻尼器,建立了固定结合面法向接触阻尼模型及结合面间阻尼损耗因子模型。仿真结果表明,结合面法向接触阻尼系数随着分形维数、无量纲分形粗糙度参数增大而增大,随着无量纲法向接触载荷增大而减小;结合面无量纲法向接触阻尼随着分形维数的增大而增大,随着应变指数的增大而减小;无量纲法向接触载荷,无量纲分形粗糙度参数以及摩擦系数对结合面无量纲法向接触阻尼的影响趋势均与分形维数所处范围有关。     

机械结合面法向接触刚度三维分形理论模型北大核心

为了解决以往在结合面上法向接触刚度分形建模理论研究的计算过程中存在的一些问题,所以专门对结合面上单个微凸体的弹性、弹塑性接触变形模型中的法向载荷和刚度的计算过程进行了适当的改进,从而建立了一种考虑弹性、弹塑性和塑性3种变形机理的法向接触刚度模型。通过模型理论预测值与实际测量值的比较可知,所建立的分形模型可以较好地预测法向接触刚度,进一步说明了所建模型的可靠性和精度,也证实了改进算法的可行性。所建模型可以用于相关接触刚度的计算与分析,有助于对结合面的刚度动态特性做进一步的研究。     

风电法兰摩擦因数预测与表面工艺优化∗

风力发电机法兰承受较大切向载荷,法兰结合面的静摩擦因数直接影响法兰连接性能,目前法兰静摩擦因数预测理论和表面工艺优化的研究较少。 为建立风电法兰结合面静摩擦因数预测模型,探究表面工艺参数对法兰静摩擦因数的影响。 基于分形理论构建法兰结合面静摩擦因数的分形预测模型,并采用摩擦试验对预测模型的准确性进行验证。 设计正交试验来探究表面粗糙度、表面处理工艺、表面涂层多种表面工艺参数对静摩擦因数的影响,建立表面工艺参数与静摩擦因数映射数学模型,基于该数学模型得到产生最大静摩擦因数的工艺组合方案。 研究结果表明:静摩擦预测模型具有较高的准确性, 为法兰精确化设计提供了理论基础。 对正交试验结果进行极差和方差分析得出:表面粗糙度对静摩擦因数影响最小,表面处理工艺次之,表面涂层的影响最大,产生最大静摩擦因数的表面工艺为:表面粗糙度为 Ra 6. 3、表面喷丸处理、涂覆 Paint B 油漆,建立的表面工艺参数与静摩擦因数映射数学模型能够准确获得最优表面工艺参数,缩短了法兰表面工艺设计周期。     

基于分形理论的圆弧齿轮法向接触刚度模型

刚度是影响圆弧齿线圆柱齿轮接触动力学的重要参数之一。文章基于分形理论,提出表面修正系数修正了微凸体分布函数,建立了圆弧齿线圆柱齿轮法向接触刚度的分形模型。通过MATLAB进行数值模拟分析,论证了表面修正系数构造的合理性,揭示了结合面各个参数对法向接触刚度的影响。结果表明,圆弧齿线圆柱齿轮法向接触刚度随着载荷、材料特性参数、表面接触系数的增大而增大;随着分形维数的增大先增大后减小;随着特征尺度系数的增大而减小。该模型的建立为研究圆弧齿线圆柱齿轮法向接触刚度提供了理论依据。     

磨削导轨表面的分形接触模型

导轨是机床最重要的结合面之一,其接触特性对机床的性能具有极其重要的影响。磨削形成的导轨表面形貌具有明显的各向异性,现有的分形理论无法对其接触特性进行预测。通过对磨削导轨表面的微观形貌的测量,提取了表面的分形参数及微凸体的分布函数。基于分形理论、修正的分形微凸体模型(ME模型)以及圆柱微凸体的接触模型,建立了磨削导轨表面的分形接触模型,并对模型进行了数值仿真和实验研究。所建立的模型克服了MB中不现实的微凸体变形模式以及不适用于各向异性表面的缺陷。结果表明,磨削表面接触载荷和接触面积呈近似的线性关系,表面的刚度随着干涉量的增加而增加。     

结合面卸载过程法向接触刚度修正统计模型

基于接触统计理论以及GW模型,考虑微凸体弹性接触变形和弹塑性接触变形的两个不同阶段以及卸载过程中有效曲率半径的变化,提出了法向接触载荷与表面平均分离距离之间新的关系,进而建立了固定结合面卸载过程法向接触刚度的统计模型.经过仿真分析,结果表明,卸载过程中的无量纲结合面法向接触刚度随着无量纲表面平均分离距离的增大而减小;不...     

考虑摩擦的球面法向接触阻尼计算修正模型

基于M-B分形接触模型,通过引入球面岛屿密度分布函数,从而获得球形接触面接触载荷与真实接触面积之间的函数关系,并推导出单微凸体弹塑性应变能计算公式,结合阻尼损耗因子模型,最终建立考虑摩擦的球面法向接触阻尼计算模型。通过MATLAB对主要参数进行分析仿真可得到:球面法向接触阻尼随着法向载荷的增加逐渐增大;摩擦系数取值对球面法向接触阻尼的影响较为明显,当摩擦系数大于0. 4时,法向接触阻尼斜率上升较为显著;随着分形维数的增大,法向接触阻尼变化较为复杂,当分形维数在1. 6左右时,法向接触阻尼斜率最大;另外,粗糙度幅值参数的变大会导致法向接触阻尼增长更加迅速;相同载荷下,外接触比内接触能够获得更大的法向接触阻尼。     

粗糙表面弹塑性加卸载多级接触模型

真实工程表面在微观尺度上都是粗糙的,它们之间的接触实际上是表面微凸体的接触,粗糙表面间的接触行为对接触部件的真实承载能力、摩擦磨损等性能都有重要影响,研究工程表面间的真实接触行为是摩擦学研究的主要内容之一。采用最小均方误差法得到表面轮廓抛物线拟合曲线,在最大限度近似原始表面轮廓的同时,该方法能够更好地适用于微凸体弹塑性接触加卸载模型。通过单个微凸体上的支承载荷将总体级别模型和微凸体级别模型相联系,建立粗糙表面多级接触加卸载模型。以柱面与平面接触为算例,将接触区域视为与圆柱母线平行的离散线条集合,得到微凸体法向变形量和粗糙表面真实接触面积,该模型可用于分析粗糙表面弹塑性加卸载的真实接触行为。     

用实验模态与有限元方法识别结合面接触刚度的方法

基于结合面微观结构特征,在ANSYS平台上建立了结合面有限元模型;提出一种有限元建模的理论模态分析与实验模态分析结合的结合面参数识别方法,并对结合面接触刚度的识别进行了实验验证,证明该方法简单有效.     

基于ABAQUS的滑动导轨表面静态接触模型的构建

采用ABAQUS有限元分析软件构建滑动导轨副单个微凸体与刚性光滑平面的接触模型,分析其静态接触过程,即在法向载荷的作用下,得出应力应变和接触压强与载荷的关系,不同粗糙度的表面在相同载荷下的变化规律等.并构建了载荷和微凸体半径与法向应变之间关系的静态接触回归模型,能够比较准确的预测戴荷和微凸体半径对法向应变的影响.研究结果为对导轨副进行摩擦磨损的研究做前期准备.     

结合面接触参数与加工工艺参数非线性关系特性分析

为了揭示加工工艺参数与结合面接触参数非线性关系,首先以加工工艺参数为输入层,以结合面表面形貌参数为输出层,建立了基于深度信念网的表面形貌预测模型,然后应用预测结果采用分形理论建立了结合面参数模型,最后分析了铣削工艺参数、磨削工艺参数对结合面接触参数的影响规律。应用预测模型可实现任意输入加工工艺参数即可获得高精度的结合面接触参数,建立的结合面接触参数与加工工艺参数非线性预测模型,为指导结合面加工工艺参数选择、优化提供了理论基础。     

考虑摩擦因素的粗糙曲面弹塑性分形接触修正模型研究

为了建立更为准确的接触分形模型,以传统的M-B模型为基础,通过引入接触比例系数,考虑摩擦情况下的临界接触面积式,并基于修正的曲面接触面积密度分布函数,推导考虑摩擦的粗糙曲面弹塑性分形接触修正模型。并以两圆柱接触体为例,建立两圆柱体实际接触面积与法向载荷之间的分形模型,研究影响该分形接触模型的相关参数的变化规律。通过在MATLAB中的仿真分析结果表明:当载荷一定时,随着分形维数的增加,真实接触面积呈现先上升后下降的趋势;增大摩擦系数或材料特性参数,有利于提高接触承载能力;粗糙度幅值参数对接触承载能力的影响不是线性关系,而是存在一个最优值,高于或低于此值都会导致接触承载能力下降。该分形模型提供了更为准确的实际接触面积与法向载荷之间的数值关系,为改善粗糙表面的承载能力提供理论参考。     

考虑表面形貌的接触应力分析

目的 研究规则和实际表面形貌对二维平面线接触模型的影响.方法 基于线接触几何特性,考虑表面受载后的弹性变形特性,结合规则和实际粗糙表面的形貌特征,并考虑磨合对表面的影响,采用移动平均滤波方法对实际粗糙表面进行光滑处理,利用共轭梯度法,求解表面接触压力和摩擦力,计算二维平面内接触近场应力分布,同时采用修正的离散卷积快速傅里叶变换方法提高计算效率.对比验证二维接触模型的准确性,并对比规则和实际粗糙形貌表面受法向载荷和切向载荷时平面应力分布云图中的应力分布和大小.结果 圆面与圆形微凸体接触时,圆形凸体半径越小,最大Mises应力值越大,半径增大,最大Mises应力减小.多个圆形微凸体及正弦微凸体对应力分布影响类似.当考虑切向力时,会对应力分布云图中的应力分布形状和大小产生巨大影响.在相同平面表面形貌时,摩擦系数越大,Mises应力越大,并且应力沿摩擦力方向发生偏移.结论 数值模型能准确计算出粗糙平面的应力.当圆面与规则表面轮廓平面接触时,与光滑表面接触时相比,Mises应力分布呈现很大不同,微凸体越小,应力越集中;摩擦力会使接触压力和近场Mises应力产生偏移,摩擦系数越大,偏移越明显.当考虑实际粗糙表面时,在粗糙界面尖端接触区域产生应力集中.经过磨合表面采用平均滤波光滑处理后,粗糙界面尖端接触区域应力集中将大幅减小.     

充填体孔隙结构与中观参数跨尺度关联特征

充填体的孔隙结构特征对充填材料的力学性质直接产生影响,是充填体多尺度力学研究的基础。以体视学、分形理论为基础,利用充填体孔隙结构SEM图像,通过最大类间方差法、盒维数法计算其微观孔隙结构分形维数,获得充填材料孔隙结构定量表征,分析充填体分形维数与单轴抗压强度、含水率、孔隙度等中观参数的相关性,探究SEM像定量分析与充填体中观参数的跨尺度关联关系。结果表明:石粉水泥全尾胶结充填体微观孔隙结构分形维数可以表征孔隙结构的复杂程度;孔隙结构的分形维数与充填体的中观参数间具有一定的关系,其中与单轴抗压强度存在负相关性,与含水率存在正相关性;建立孔隙结构特征分形维数与单轴抗压强度、含水率的关联曲线,获得关联特征值的均方差,分形维数与单轴抗压强度和含水率的均方差值分别为R_r=-0.638和R_r=0.604。     

立式加工中心机床立柱的力学分析

应用结合面理论对立式加工中心机床立柱进行受力分析。将立柱与机床其他部件的结合部区分为固定结合面和运动结合面。固定结合面具有较大的接触刚度,无需考虑其受力及变形,将结合面上的正压力简化为均布力,结合机床主要机械加工工序,将切削力简化为3个正交分力和绕主轴轴线的旋转力矩。以固定结合面受载后无相对运动为准则,分析螺纹连接件的工作载荷与结合面上的均布载荷。针对立柱与滑鞍构成的运动导轨结合面,根据结合面压力理论,将结合面的变形及正压力处理成沿结合面的线性函数,建立平衡条件,得到主副导轨结合面不同部位载荷分布函数。     

基于ADINA的非局部摩擦模型的数值分析

利用ADINA有限元分析软件,从宏观和细观两方面研究圆柱体镦粗过程中金属材料表面微凸结构对接触区域上的库仑摩擦和非局部摩擦的影响,得到了接触法向应力随压下量的变化关系,及接触面上法向应力和摩擦应力的分布规律。结果表明,在宏观领域内,传统库仑摩擦模型与非局部摩擦模型没有区别;只有在细观领域(考虑表面微凸时),非局部摩擦效应才显现出来。且这种非局部效应与微凸体分布有关。     

基于SAMCEF Mecano的龙门式加工中心动刚度的仿真分析及立柱截面结构优化

开发了结合面动态特性分析系统,采用有限元法建立了多轴联动龙门式加工中心VX32-60的动力学模型,对其模态进行了理论分析,同时进行了相应的实验研究,通过理论分析与实验结果的对比,得出了加工中心固有频率和振型,验证了结合面分析系统的可靠性。在此基础上,讨论了立柱截面参数对加工中心动态特性的影响,提出了改进方案,提高了加工中心的固有频率,降低了其运动误差。