含椭圆表面裂纹橡胶-钢球支座在扭转载荷下的断裂分析

通过非线性有限元方法对橡胶-钢球支座在扭转载荷作用下存在的椭圆表面裂纹情况进行了数值模拟,给出撕裂能与裂纹尺寸、载荷和橡胶层厚度的关系曲线．结果表明,对界面椭圆表面裂纹,同一裂纹深度,撕裂能随载荷的增加而增加,随橡胶层厚度的增加而减小．对橡胶层中间含椭圆表面裂纹,撕裂能随裂纹深度的增加而增加．最后,利用非线性回归工具得到撕裂能的经验计算式．     

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1．含椭圆表面裂纹橡胶-钢球支座在扭转载荷下的断裂分析 通过非线性有限元方法对橡胶-钢球支座在扭转载荷作用下存在的椭圆表面裂纹情况进行了数值模拟,给出撕裂能与裂纹尺寸、载荷和橡胶层厚度的关系曲线。结果表明,对界面椭圆表面裂纹,同一裂纹深度,撕裂能随载荷的增加而增加,随橡胶层厚度的增加而减小。     

齿根裂纹对直齿轮啮合刚度的影响研究

以渐开线直齿圆柱齿轮啮合副为研究对象,采用有限元法计算了含齿根裂纹的故障齿的啮合刚度,分析了齿面接触应力分布特性,载荷的齿向分配特征以及载荷在齿面上随裂纹深度与裂纹角度变化时的分配比例关系,对比研究了齿根裂纹深度和裂纹角度变化对齿轮啮合刚度的影响。计算结果表明:裂纹深度引起的啮合刚度变化相比裂纹角度引起的刚度变化明显,单齿啮合状态下刚度的变化更为突出;裂纹深度相比裂纹角度载荷分配系数变化剧烈;裂纹深度与裂纹角度引起的齿面应力变化相比正常齿显著;齿面间载荷分配呈非线性变化。     

橡胶纯剪试件变形与断裂的有限元分析

用非线性有限元法分析橡胶纯剪试件变形与理想纯剪变形之间的差异.结果表明试件中心接近纯剪,但是靠近自由边界的区域应力比较复杂,受自由边界影响的区域随应变的增加而减小,试件的宽高比越大变形越接近理想纯剪变形.对橡胶纯剪试件存在中心裂纹和边缘裂纹时的撕裂能进行计算,断裂形成大裂纹时撕裂能与裂纹尺寸无关,有限元解与以前的结果吻合较好;对于小裂纹,撕裂能与裂纹尺寸成线性关系.同时分析不同材料模型对橡胶纯剪试件变形和断裂的影响.分析表明,不同应变能函数的材料模型模拟的结果略有不同.     

橡胶弹性减振元件疲劳裂纹扩展寿命分析

对NR68橡胶纯剪切试样进行疲劳裂纹扩展试验,结果表明裂纹扩展率与撕裂能之间存在幂率关系.基于疲劳累计损伤理论,以撕裂能范围为损伤参量,建立橡胶疲劳寿命预测模型.对NR68橡胶裂纹扩展试验数据进行回归分析,拟合得出模型参数.综合应用有限元结构分析方法、橡胶材料等效应力计算方法和橡胶单侧切口拉伸(Single edge notched tensile,SENT)试样拉伸试验的应力应变数据,提出橡胶弹性减振元件撕裂能范围的计算方法,从而将弹性减振元件在复杂应力状态下的疲劳寿命问题转化为单向应力状态下橡胶材料的疲劳寿命问题.利用所建模型对锥形橡胶弹簧的疲劳寿命进行分析预测,并通过锥形橡胶弹簧台架疲劳试验进行验证,结果显示预测疲劳寿命是试验疲劳寿命的1.33倍,预测精度比较理想.     

高速列车用橡胶减振垫研制及试验研究

为实现高速列车橡胶减振垫的国产化,通过分析国外原装进口橡胶减振垫材料特性,自主研制了满足车辆动力性能的减振垫橡胶材料。采用少量纳米蒙脱土代替高结构炭黑填料,获得一种新型的耐疲劳性能优异的天然橡胶纳米复合材料。为检验自主研发橡胶材料的性能是否满足国外原装进口橡胶减振垫的技术要求,对自主研制的橡胶材料的静态力学性能(包括断裂拉伸强度、断裂伸长率、定伸应力及硬度)以及动态压缩疲劳性能(包括材料的疲劳极限应变和疲劳寿命)进行测试,并与国外原装进口橡胶减振垫材料进行比较。对橡胶材料的制成品——橡胶减振垫进行静刚度、动倍率、损耗系数、橡胶温升特性和疲劳性能进行测试,并与国外原装进口橡胶减振垫进行比较。试验证明,自制橡胶材料在力学性能和耐疲劳性能方面达到和超过国外相应材料,而且自制的橡胶减振垫动刚度、静刚度及耐疲劳性能与国外制件相当,获得了可与国外原装进口橡胶减振垫媲美的技术成果,奠定了实现橡胶减振垫国产化的基础。自制橡胶减振垫在刚度特性上好于国外原装进口橡胶减振垫,更接近减振垫设计要求。     

具有横向裂纹转轴耦合刚度的数值模拟和实验研究

采用有限元和实验分析研究轴向、剪切、弯曲及扭转载荷耦合作用下,含裂纹转轴刚度随各种影响因素的变化规律.采用Dimarogonas法推导6×6维裂纹转轴有限元刚度矩阵.确定网格划分方案,同时考虑d/l、a/R以及加载点与裂纹的位置关系.模拟计算结果表明,随着裂纹深度的增大,ξ向无量纲刚度的变化最快;裂纹深度在3 mm～4 mm时,ξ向、η向的弯曲无量纲刚度差有峰值.随着裂纹细长比的增大,弯曲和轴向的耦合刚度降低.随着裂纹深度比增大,弯曲和轴向的耦合刚度增大.结果与实验结果比较表明,文中方法是正确有效的,且接近实验结果.     

填充天然橡胶材料裂纹扩展模型的建模方法

填充天然橡胶材料疲劳裂纹扩模型是指裂纹扩展速率与撕裂能峰值之间的关系,它是用于橡胶减振元件疲劳寿命预测的重要模型。在裂纹扩展试验得到的填充天然橡胶材料裂纹扩展长度与循环次数的数据中,由于橡胶的应力软化现象,试验后期的部分数据不可用。为此,建立了数据处理方法,获得有效的裂纹扩展长度与循环次数数据。基于单轴拉伸载荷下填充天然橡胶材料最大应变能密度与最大应变满足幂函数关系的假设,建立了变幅加载工况下裂纹扩展长度与循环次数的数学模型和识别其模型参数的优化方法。在建立的裂纹扩展长度与循环次数模型的基础上,建立了裂纹扩展速率与撕裂能峰值关系的模型和确定模型中参数的数值方法。利用一组哑铃型试片的疲劳寿命实测数据,对建立的裂纹扩展速率模型进行了验证,证明了所建立模型的正确性。     

掘进机电控箱减振器的研究

在综合考虑筒形减振器橡胶层的弹性模量、刚度参数、结构参数以及橡胶材料的硬度等因素的基础上,建立了筒形减振器的三维模型,并应用ANSYS软件对其进行非线性分析;分析结果表明,筒形减振器在受到轴向外载荷作用时,橡胶层的应力、应变均表现出非线性的特征,即在轴向力作用下,橡胶层的变形并没有出现对称分布:为电控箱的设计及减振提供指导。     

空间飞行器用金属橡胶减振器

考虑金属橡胶减振材料的优越性,设计了采用金属橡胶作减震器的减振方案用于空间飞行器仪器安装板的整体减振.建立了金属橡胶减振器的力学模型,确定了金属橡胶减振垫的结构设计参数及性能参数,并对采用整体减振设计的仪器安装板进行了数学仿真分析.最后,设计了仪器安装板的地面振动实验并进行了振动实验考核.实验结果表明,仿真分析结果与地面实验验证结果基本一致,刚度满足设计要求.相比于刚性连接形式,采用金属橡胶减振器进行整体减振后,在300 Hz以上测量点的振动响应幅值大大衰减;在300 Hz以下测量点的随机响应均方根值衰减量不低于56.5％,达到了减振设计效果.     

韧性材料断裂形式与J准则存在的问题

受材料特性不同与应力状态形式不同的影响,韧性材料可发生准解理断裂、孔洞正拉断、孔洞剪断和无孔洞影响的剪断等多种断裂形式,不同的断裂形式,材料中危险点位置与宏观断裂面方向则不同,相应的细观断裂机理、宏观断裂条件也有区分.J-积分理论没有区分材料不同断裂形式,将其用于金属材料一些复合型断裂试验结果时有较大误差.利用细观力学对材料断裂机理的分析,结合几种金属材料在不同应力状态下的断裂试验结果,对J准则存在的基本问题进行讨论,并对材料不同断裂形式的主要影响因素进行分析.     

普通冲孔与无飞边精密冲孔的瞬时间隙及对冲孔质量的影响

提出了瞬时间隙的概念 ,研究了瞬时间隙对冲孔剪口质量的影响 ,对普通冲孔工艺与精密无飞边冲孔工艺凸、凹模间的瞬时间隙进行了对比分析 ,认为普通冲孔时瞬时间隙不定常是造成剪口质量差的根本原因 ,而无飞边精密冲孔时凸、凹模间为负间隙 ,其瞬时间隙保持定常 ,因此可使剪口光洁剪切带长度提高 1.5倍 ,且冲制的孔无纵向飞边     

Numerical life prediction method for fatigue failure of rubber-like material under repeated loading condition

Predicting fatigue life by numerical methods was almost impossible in the field of rubber materials. One of the reasons is that there is not obvious fracture criteria caused by non-standardization of material and excessively various way of mixing process. But, tearing energy as fracture factor can be applied to a rubber-like material regardless of different types of fillers, relative to other fracture factors and the crack growth process of rubber could be considered as the whole fatigue failure process by the existence of potential defects in industrial rubber components. This characteristic of fatigue failure could make it possible to predict the fatigue life of rubber components in theoretical way. FESEM photographs of the surface of industrial rubber components were analyzed for verifying the existence and distribution of potential defects. For the prediction of fatigue life, theoretical way of evaluating tearing energy for the general shape of test-piece was proposed. Also, algebraic expression for the prediction of fatigue life was derived from the rough cut growth rate equation and verified by comparing with experimental fatigue lives of dumbbell fatigue specimen in various loading condition.     

圆盘剪工艺参数仿真分析

通过对圆盘剪的工作原理和剪切机理的研究,利用ANSYS/LS-DYNA来对圆盘剪剪切铝带三维模型进行有限元分析,并采用显示动力学模块对剪切过程进行了有限元分析。分析了铝带剪切断裂的过程,得到了铝带剪切过程中的应力、应变随时间的变化,断裂区上特定单元的应力、应变变化。仿真研究了工艺参数如重叠量、侧向间隙、带料厚度、剪切速度等对铝带剪切品质的影响,进行分析和研究,提高了剪切品质。     

某型飞机座舱充气密封软管裂纹失效分析

通过外观检查和断裂口宏观形貌观察,介绍了充气密封软管的失效概况;借助物理力学性能测试方法和红外光谱仪对充气密封软管进行了检测和分析.结果表明,充气密封软管用胶层材料物理力学性能下降,破裂处内胶面已老化,加速了疲劳裂纹的产生,并进一步扩展成大面积破裂现象.     

单螺杆泵定子橡胶的接触磨损分析

采用有限元法对常规单螺杆泵和等壁厚定子单螺杆泵的定子橡胶和螺杆进行接触非线性计算,得到了螺杆与定子在不同位置接触时变形及剪应变云图;分析了定子接触磨损的特点及规律,并进行了比较。结果表明：常规单螺杆泵定子与螺杆在圆弧顶接触时,剪应变和变形最大,定子两圆弧对角磨损最严重,同时定子的磨损随过盈量增大而明显增大;而等壁厚螺杆泵则在中间位置接触时,剪应变和变形最大,且最大剪应变位于定子的外表面。由于目前还没有能够直接对实际工况下的定子橡胶的变形和接触状态进行测试的有效手段,本文为定子的优化设计提供了理论基础和有效的数值模拟方法。     

压裂酸化封隔器胶筒结构密封性能分析与优化

封隔器是压裂酸化过程中的重要工具之一,而胶筒是封隔器的核心零部件,胶筒的好坏直接决定了封隔器的工作性能。针对压裂酸化用某Y344型封隔器利用有限元技术开展密封结构性能分析与优化研究,获得了胶筒对套管的接触压力分布规律,考虑接触压力与面积两个因素建立了结构密封性能评价方法,分析了胶筒长度与组数变化对密封性能的影响,为封隔器产品开发与使用提供了理论基础。     

含氮奥氏体钢的穿晶脆断

通过断口分析研究了含氮高锰奥氏体钢在超低温下的冲击断裂特性,探讨了其断裂机理。分析表明：穿晶脆断刻面是含氮高锰奥氏体钢的一种特有的断口形貌。由于合金元素和试验温度的影响,使钢的正断抗力S (OT)小于切断抗力τ k,因此产生了穿晶断裂。断裂面是{111}γ或孪晶界;当τ k和S (OT)相近时,形成了各种复杂形貌的断口。氮量过高会导致钢产生穿晶脆断。     

CALCULATIONS TO ITS FATIGUE DAMAGE FRACTURE AND TOTAL LIFE UNDER MANY－STAGE LOADING FOR A CRANK SHAFT

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O形橡胶密封圈密封性能的有限元分析

利用ANSYS建立了液压系统中液压缸用O形橡胶密封圈的二维轴对称模型,分析计算了O形密封圈缸筒和轴套的间隙、密封轴套槽口倒角半径、O形密封圈的截面尺寸、橡胶材料参数、初始压缩率对密封面最大接触压力和剪切应力的影响。结果表明:O形密封圈缸筒和轴套的间隙对剪切应力的影响很大;轴套沟槽宽度、O形密封圈的截面尺寸和橡胶材料参数对密封面最大接触压力的影响很大;初始压缩率对密封面最大接触压力和剪切应力的影响都很大;对于本文分析的结构,在其它条件不变的情况下密封轴套槽口倒角半径对密封面最大接触压力和剪切应力的影响都不大;分析结果验证了长期使用的经验设计。