基于圆锥微凸体的结合面法向刚度分形模型研究

将粗糙表面上的微凸体等效为圆锥体,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分形模型.对模型进行仿真计算,结果表明:结合面无量纲法向接触载荷随着无量纲接触面积、材料塑性指数和无量纲分形粗糙度参数的增大而增大;随着粗糙面分形维数的增大先减小后增大,且在分形维数等于1.5附近时达到最小值;结合面无量纲法向接触...     

混合润滑状态下结合面的法向接触刚度研究

针对润滑条件下机械结合面的接触特性受油膜影响的问题,基于结合面接触刚度由油膜接触刚度和固体表面接触刚度组成的思想,建立混合润滑状态下结合面的法向接触刚度模型。采用三维的Weierstrass-Mandelbrot函数获得具有分形特征的粗糙表面,并基于统计学方法建立干摩擦条件下结合面的法向接触刚度模型,考虑了微凸体的完全弹性变形、弹塑性变形以及完全塑性变形过程。在此基础上,求解了油膜的等效厚度并建立油膜的接触刚度模型。结果表明:结合面的法向接触刚度随法向载荷的增加而增加,且混合润滑状态下结合面的接触刚度大于干摩擦条件下结合面的接触刚度;该模型避免了油膜厚度测量难的问题,为机械结构的润滑状态预测提供了帮助。     

临界接触参数连续的粗糙表面法向接触刚度弹塑性分形模型

基于MB接触分形理论及其修正模型,在弹性和塑性接触变形机制基础上,考虑弹塑性过渡变形机制,建立了临界接触参数连续条件下的计及微接触面积分布域扩展因子影响的粗糙表面法向接触刚度弹塑性分形模型;数值仿真结果表明:弹塑性过渡变形机制对法向接触刚度影响明显,且考虑弹塑性过渡变形机制下的法向接触刚度大于仅考虑弹性和塑性接触机制下的对应法向接触刚度;无量纲法向接触刚度随着无量纲法向接触载荷的增大而增大且因分形维数取值不同而呈凸弧性的非线性关系(分形维数D=1.1~1.4)或近似线性关系(分形维数D=1.4~1.9),随着分形维数的增大而增大(分形维数D=1.1~1.5)及分形维数的增大而减小(分形维数D=1.5~1.9),随着分形粗糙度的增大而减小,随着塑性指数的增大而增大。     

机械结合面接触刚度超声波检测方法研究

针对检查机械产品结合部接触刚度特性的需要,进行超声波测量结合面接触刚度与超声波检测频率相关性的研究,基于简单弹簧模型设计一种用超声波测量两钢块结合部接触刚度的实验方案。实验结果表明:超声波反射系数随超声波频率增大而增大;作用于结合面的压力较小时,超声波测量接触刚度随频率没有明显变化;作用于结合面的压力较大时,超声波测量接触刚度随频率有一定波动。在结合面上加入润滑油,模拟工程实践中结合面状态,实验结果表明:因结合面上油膜的存在,在同样大小压力作用下超声波测量的接触刚度相对无油膜时增大。通过以上分析可知简单弹簧模型是有效的,机械结合面处的相互作用可用一个刚度可变的弹簧等效。     

典型螺栓连接界面轴向动态特性的不确定性研究

工程结构中普遍存在螺栓连接,其中螺栓连接界面的非线性与不确定性是其两个重要特性,该研究针对某典型螺栓连接界面轴向动态特性的不确定性开展研究.通过结构不同次装配工况的正弦振动试验,获得了系统轴向振动固有频率与模态阻尼比的不确定性.采用薄层单元建立螺栓连接结合面模型,基于薄层单元弹性模量、泊松比与连接系统固有频率的关系,以...     

粗糙结合面法向接触的能量耗散与阻尼特性研究

为了能够预测粗糙结合面法向接触的能量耗散和阻尼的变化规律,在Hertz和Abbott-Firestone经典接触模型的基础上,提出了一种加载-卸载混合弹塑性接触模型。首先,研究单个微凸体在完全弹性和塑性接触状态下的受力特性,推导出混合弹塑性状态下接触面积和力的数学表达式,进而研究能量变化规律和接触阻尼特性。然后,通过文献中的实验数据,并且和完全弹性、塑性状态下的接触模型进行对比,验证了该模型的有效性。在此基础上,分析能量耗散和法向接触阻尼与法向变形量、硬度以及硬度指数的关系。结果表明,结合面能量耗散随着法向变形量的增加而变大,而法向接触阻尼随之减小;在法向变形量一定时,接触阻尼随着材料硬度的增加而变大,而硬度指数的影响很小。     

混合润滑状态下结合面法向动态接触刚度与阻尼模型

机械结合面的动态接触特性对评估机床整机性能有着重要的意义.针对混合润滑状态下固定结合面复杂的接触特性,提出了一种结合面的法向接触刚度与阻尼模型.采用三维Weierstrass?Mandelbrot函数获得粗糙表面形貌,并基于分形理论建立了结合面固体部分的接触刚度与接触阻尼模型;根据平均流动的广义雷诺方程建立了液体油膜接...     

铁基多孔含油固定结合面法向动态特性研究

实验研究了多孔含油材料固定结合面法向刚度和阻尼特性,运用带有调节系数的等效单自由度结合面单位面积参数识别方法对其进行识别。该方法采用相对位移法,将任意质量为m的振动系统等效为质量是Me的标准单自由度系统。方便快速地识别出结合面的单位面积刚度和阻尼系数,识别精度高。通过等效单自由度参数识别方法,分别识别了45号钢无介质结合面和铁基多孔材料(含油介质)结合面的法向刚度和阻尼系数。对比表明实验所用铁基多孔材料含油结合面法向动态特性优于45号钢无介质结合面,在相同的法向预紧力下,前者单位面积刚度增加40%左右,同时前者单位面积阻尼系数增大5-6倍。     

混合润滑结合面法向接触刚度模型研究EI北大核心CSCD

在实际工作中,机械结合面一般加入润滑介质来减少磨损,因此将结合面微凸体等效为圆锥微凸体,并基于分形理论和改进的W-M函数建立混合润滑状态下结合面法向接触刚度三维分形模型。对模型进行模拟仿真,仿真结果表明:结合面无量纲法向接触总刚度随着分形维数的增大呈现出先增大后减小的趋势,且在分形维数为2.6附近时取得最大值;随着分形粗糙度参数的增大而减小;随着润滑介质的声阻抗增大而增大;混合润滑状态下结合面无量纲法向接触总刚度大于无润滑介质结合面无量纲法向接触刚度;最后与其他模型和试验数据进行对比,模型与试验数据更契合,验证了模型的正确性。混合润滑粗糙表面法向接触刚度模型的提出,为结合面的刚度预测和机械设备的性能优化以及结构改进提供良好的依据。     

缓冲空气垫静态刚度研究

以柱状空气垫为研究对象,在几何压缩模型的基础上,基于准静态压缩中空气垫内气体变化为等温过程,建立了气垫静态刚度与气垫内初始相对内压、压缩变形量关系的理论模型;取规格不同、初始内压相近及规格相同、初始内压不同的空气垫,通过准静态压缩试验,得到了静态刚度并与理论值进行了比较。研究表明,当压缩量较小时,理论模型对空气垫静态刚度的预测较为准确。     

螺栓连接对高压转子结合面弯曲刚度的影响

研究螺栓连接特性（如螺栓个数和预紧力大小）对航空发动机高压转子连接结构弯曲刚度的影响。首先建立螺栓结合面精细化有限元模型,利用ANSYS软件对不同螺栓个数和不同预紧力条件下结合面弯曲刚度进行仿真计算。之后,在MATLAB中对仿真结果进行曲线拟合,结果显示弯曲刚度与形变量之间可表示为双指数形式,螺栓个数和预紧力大小决定了方程系数。同时,提出“等效刚度系数”的概念来模拟高压转子螺栓连接装配技术。最后,通过实验对仿真结果进行验证,实验得到的形变量-刚度曲线与仿真结果一致。结果表明,得到的弯曲刚度和形变量之间的双指数函数关系有助于航空发动机的设计工作,提出的“等效刚度系数”可以较好地评价螺栓结合面的刚度特性。     

贴塑导轨结合面法向动态特性参数的识别及分析

贴塑导轨由于其良好的力学性能越来越广泛地应用于各类数控机床中,作为机床重要的支承和导向结构,其动态特性对机床的加工精度有重要影响。通过模态试验识别出贴塑导轨结合面的动态特性参数,并分析了滑动速度、载荷、贴塑厚度等因素对结合面动态特性的影响规律,为机床数字化设计提供了参考。试验结果表明：滑动速度的增加会降低贴塑结合面的动刚度;适当增加面压、添加润滑油可提高结合面的动刚度;导轨贴塑使结合面的动态特性变化比较稳定,其动刚度随贴塑厚度的增加而减小,阻尼则随贴塑厚度的增大而增大,实际应用中,贴塑厚度以1.2到1.5mm为宜。     

基于多尺度下塑性指数模型的结合面接触刚度计算方法EI北大核心CSCD

螺栓连接结合面的接触特性是影响机械系统动静态特性的关键。当结合面处于振动疲劳状态时,会导致阻尼增大和共振频率减小,因此建立精确的栓接结合面接触模型对研究整个机床的动态特性有着十分重要的意义。结合Greenwood和Williamson给出的塑性指数表达式、统计学的粗糙度参数和分形参数,建立了与微凸体频率序数相关的塑性指数模型,从而根据塑性指数得到微凸体弹性-弹塑性-塑性变形的临界频率序数,并基于赫兹接触理论,通过对不同频率区间内微凸体的积分得到整个结合面的接触载荷和接触刚度。最后,通过有限元仿真与试验相结合共同验证了理论模型的正确性,证明该理论模型具有较强的工程应用价值。     

考虑基体变形的结合面连续光滑接触刚度模型

结合面的接触刚度直接影响着机床整机的静、动态力学性能和精度保持性水平。在弹性、弹塑性以及完全塑性接触变形过程中,延续微凸体接触状态变量具有连续且光滑特性的思想,利用Hermite多项式插值函数,建立单个微凸体法向接触刚度模型。考虑到基体变形的影响,在微凸体的3个变形阶段分别引入了基体的弹性接触变形,通过统计学方法,建立了一种考虑基体变形且连续光滑的结合面刚度模型。对比分析了GW、ZMC、KE、Brake模型与该文模型之间的差异,并揭示了表面粗糙度对接触刚度的影响规律。研究表明:考虑基体变形时所获得的接触刚度和接触载荷比忽略基体变形时的要小,且随着表面粗糙度的减小,基体变形的影响快速增加;接触载荷与表面粗糙度是影响结合面接触刚度的2个主要因素,随着载荷的增大或表面粗糙度的减小,接触刚度随之递增。     

结合面静态接触参数的统计模型研究

基于对粗糙表面形貌统计分析的基础上,综合考虑微凸体的完全弹性、弹-塑性和完全塑性三种变形机制,建立了结合面的接触面积、接触载荷及接触刚度的统计模型。该模型揭示了结合面接触参数与材料性能参数及粗糙表面形貌参数之间复杂的非线性关系。在不同的微凸体高度随机分布及塑性指数条件下,对接触参数进行预估和对比研究。结果表明,修正的指数分布对高斯分布有着较好的近似,而简单的指数分布与高斯分布之间的误差较大,且相差1至3个数量级;接触表面间距减小时,接触参数值均呈现增大的趋势;塑性指数增大时,接触载荷和接触刚度都随之增大,而接触面积的变化较小。     

计及塑性接触层的法向接触刚度等效方法

采用典型的粗糙体——刚性面接触模型,针对完全弹性和理想弹塑性两种材料,分析了一般法向接触刚度等效方法是否准确,发现了一般方法在处理弹塑性接触时存在较大差并揭示了其中的本质原因。通过引入界面接触层,提出了接触界面等效的新方法并验证了其准确性,最终实现了对原系统的准确动力等效。通过实例采用两种等效方法对比分析了对动力系统振动特性的影响,为工程实际中含接触界面系统的动力学研究提供了参考。     

车削粗糙表面法向接触刚度仿真研究

为准确获取车削粗糙表面法向接触刚度,运用有限元方法开展接触仿真研究.基于车削运动学原理,实现车削表面微观形貌点云数据的获取.运用逆向建模方法实现特征曲面与三维模型的构建.采用ABAQUS有限元仿真软件对三维模型进行接触分析,得到法向接触刚度有限元仿真结果.为验证该文方法的准确性,引入KE模型的理论解析结果进行对比.对比...     

结合面广义间隙的等效模型研究

为了从微观和宏观相结合的角度研究结合面的动态特性,首先研究了考虑摩擦因素的结合面接触刚度分形模型;然后以组合梁为研究对象,把梁结构及它们之间的结合面重构为由固体-广义间隙-固体系统,即把结合面等效为广义间隙,利用结合面接触刚度的分形模型与材料应变能等效的方法,获得了结合面的广义间隙的材料常数,并据此材料常数进行组合梁的有限元分析;最后,为了进一步确定所建立结合面接触刚度分形模型的正确性和结合面等效方法的合理性,进行了组合梁的模态试验,把有限元分析的结果和实验结果进行比较,结果表明运用这种等效方法来处理结合面是非常合适的,结果也间接地表明了所建立的结合面接触刚度的分形模型是正确的。     

铣床关键结合面动态特性研究

基于有限元法、优化设计理论和模态试验方法,利用ANSYS优化设计方法,将理论模态分析和实验模态分析相结合,对某铣床的关键结合面的特性参数进行参数识别,研究结合面对铣床关键部件动态特性的影响,得到相关影响曲线.结果表明,随着结合面刚度的增加,部件的固有频率有提高也有降低;但随着阻尼总的增加,部件的固有频率始终降低,振型大大衰减.本研究为整体复杂机械的改进设计和动态优化设计提供理论依据.     

含弹性介质的结合面接触问题数值分析

提出了中间含有弹性接触层的粗糙结合面的力学模型,并运用层状弹性体系力学中的洛普位移函数法,得出了含有弹性层的粗糙结合面接触问题的应力、位移公式。最后分析了当弹性层厚度、弹性模量及泊松比变化时,弹性层中应力、变形的变化规律。