深水采油树Spring-Seal密封圈接触模型构建与实验测试

为提高深水采油树在高压、高温、低温等工况下长时间工作的稳定性,对采油树密封圈进行重新设计,提出Spring-Seal密封圈(以下简称S密封圈);基于赫兹接触理论、填料密封接触理论,重新构建S密封圈接触力学模型;建立有限元仿真分析模型,分析不同条件下S密封圈的密封性能,同时验证新建接触模型的合理性;利用实验测试S密封圈的实际密封效果。研究结果表明:S密封圈在高压、高温、低温等工况下能够长时间稳定工作且密封性能良好。研究结果可为S密封圈的接触研究及工程运用提供理论参考。

嵌入式轨道三维滚动接触模型冲击特性研究

嵌入式轨道在城市轨道交通领域得到广泛运用,在高速铁路方面,国内外也有少量的相关报道和理论研究。嵌入式轨道对减缓轮轨冲击有显著效果,其中焊接接头是引起轮轨冲击的重要原因之一,对于时速400公里以及更高运行速度的列车,焊接接头冲击激励引起的轮轨力变化十分显著,目前对于高速工况下嵌入式轨道的研究尚不充分。基于显式动力学有限元方法,采用三维高速轮轨瞬态滚动接触模型对轮轨冲击过程进行数值模拟,并探究时速400公里速度下的嵌入式轨道的冲击特性。得出以下结论:嵌入式轨道与扣件式轨道在受到不同波长冲击时均能够减小垂向轮轨力变化幅值,焊接接头波长越长,垂向轮轨冲击力越能快速趋于平缓;车轮在受到焊接接头长波冲击时,嵌入式轨道能明显降低纵向轮轨力。研究结果可为嵌入式轨道在高速铁路的运用提供参考。

基于弹性滚子接触模型的防滑纹对平板式动态汽车衡称重准确度影响分析

动态称重时秤台防滑纹的垂向起伏会引起车辆发生振动,影响称重准确度。为此,建立了车辆称重过程的动力学模型,考虑轮胎的包容特性,建立弹性滚子接触模型,得出的防滑纹等效路面作为动力学模型的输入激励,分析各种因素作用下平板式汽车衡新型防滑纹对称重准确度的影响。仿真结果表明:随着防滑纹宽度增大,车辆的振动力变大,称重误差随之增大;凹坑型防滑纹间距为235 mm时产生的激励频率接近于车辆的固有频率,引起车辆和秤台共振,称重误差最高可达0.21%。三角形状凹坑类型的防滑纹产生的振动力以及称重误差均低于矩形凹坑;车速越快,防滑纹的产生称重误差越大。

岩土球形颗粒体粒间接触力学特性及接触模型验证

针对大理岩和花岗岩两种材料,分别进行了球颗粒法向、切向接触力学试验;以大理岩为例,总结了非线性接触模型及其参数,并进行了球颗粒集合体的离心模型试验,通过数值模拟和试验结果的对比验证了接触模型及其参数的合理性。研究结果表明:颗粒法向接触以脆性断裂为破坏形态,切向接触以摩擦侵蚀为破坏特征;法向、切向刚度曲线都可以利用幂函数进行拟合;利用非线性接触模型及其参数可以有效模拟颗粒集合体的力学性状,同时还能够反映散体模型细部的离散变形特征。

考虑东北寒冷地区输水渠道防冻胀的接触模型研究

针对传统方法分析输水渠道防冻胀中的忽视衬砌与冻土接触面相互作用等问题,研究利用有限元分析法,构建输水渠道衬砌与冻土接触模型,并对其有效性进行验证。结果表明,接触模型的模拟结果与实际试验结果更接近,平均相对误差远低于非接触模型,约为6.9%;接触模型压应力相对非接触模型降低率高达902.9%。综合来看,接触模型在东北寒冷地区输水渠道防冻胀中具备有效性,可以应用在实际输水渠道防冻胀中。

弹丸定心部-身管接触模型及其应用

研究弹丸定心部与炮膛的接触现象对于理解弹丸膛内运动规律具有重要的意义,为此提出一个弹丸定心部-身管接触模型。假设定心部与阳线间的接触应力只沿阳线长度方向变化,将阳线表面简化成空间曲线;用阳线围成的笼形结构描述内膛的几何,提出了定心部与阳线的接触检测算法。将弹丸和身管沿着圆周方向展开,使用一个二维接触问题的解析解计算接触应力。针对接触应力的方根奇异性,采用Chebyshev-Gauss积分公式计算定心部与阳线的接触载荷。给出了确定模型参数的拟合方法和参数辨识方法。理论分析表明定心部与炮膛的接触刚度随着弹丸膛内行程变化。根据数值算例分析了弹丸质心偏移量对定心部与炮膛接触方式及前定心部磨损刻痕形成的影响。计算结果表明定心部受力的等效接触点并不位于定心部中心或棱线上。

考虑基底变形的金属静密封粗糙面接触模型

粗糙面接触模型是分析金属静密封泄漏特性的基础,为提高接触模型的准确性,提出了一种新的粗糙面接触模型.该模型基于微凸体的连续性假设,对含有基底的单个微凸体进行接触力学分析,得到了压缩量与微凸体真实变形量的关系,进而应用样板函数法得到微凸体在弹塑性阶段的接触方程.基于粗糙面微凸体的分布特点,建立了考虑基底变形的粗糙面接触模型.基于该模型的分析表明:基底变形对接触面接触特性的影响随着法向载荷的增大而愈加显著.通过与ZMC接触模型、KE接触模型的对比以及横向分辨率与名义接触面积对平均接触压力的影响分析,验证了本文中模型的有效性与稳定性.

基于乳房-文胸动态接触模型仿真研究

为更好地了解乳房-文胸动态接触情况,研究基于逆向工程软件构建乳房-文胸的动态接触模型,利用三维运动捕捉设备和压力传感器获取有限元计算的边界条件和载荷,使用ANSYS Workbench进行动态仿真模拟,并通过真人实验验证模型的有效性。结果表明:建立的有限元模型可精准预测乳房位移变化,且模拟值与实测值显著相关。文章提出的有限元模拟方法能够替代真人较好地模拟跳跃过程中乳房的振动情况,从而为文胸的防振测试与评价提供便利,也可以通过改变材料属性和受力情况,观察、模拟更多的胸部运动。

基于Lankarani赫兹接触模型的弓网动力学仿真研究

该文通过有限元方法建立简单链型悬挂接触网模型并对其进行模态分析,通过使用Lankarani赫兹接触模型,运用显式中心差分法对弓网耦合动力学方程进行求解,基于上述理论创建弓网动力学仿真平台,采用模块化的思想进行弓网动力学的仿真分析。在此基础上,采用EN50318标准对弓网仿真平台的正确性进行验证。最后,通过对考虑迟滞阻尼效应的Lankarani赫兹接触模型进行动力学仿真,分析Lankarani赫兹接触模型中重要参数对仿真结果的影响。

基于离散元颗粒接触模型的桩网复合地基土体力学改良影响研究

为探讨保定环城水系东南段泵闸工程封装桩复合地基土体力学改良影响,采用离散元颗粒线性接触模型进行模拟计算,分析了复合土体三轴力学影响特征。研究表明,土工织物厚度对复合土体承载应力促进作用具有上限,当厚度超过0.08 mm后承载应力的提升较小,土工织物的存在,会改变复合土体应变弹-延塑性主导特征。封装料空隙率愈大,复合土体承载能力愈弱,且围压愈大,不仅可提升复合土体承载应力,也可减弱封装料空隙率对复合土体的抑制效应。高空隙率封装料试样在残余应力段具有较长时段的低应力、高应变。抗剪特征参数受土工织物厚度因素影响较小,主要受封装料空隙率影响较大。论文成果可为探讨离散元颗粒线性接触模型的应用及土体力学特征研究提供参考。

新型双驱动足压电电机非线性接触模型及其实验研究

提出一种采用一阶纵振和二阶弯振为工作模态的新型双足压电电机。以该驻波压电电机为研究对象,研究了具有两个驱动足的定动子之间的摩擦传动机理。基于能量法,考虑超声振动对摩擦因数的非线性影响和预压力接触变形,构建该双足压电电机的非线性摩擦接触模型和输出特性模型。在电机稳态状态下,分析了接触刚度、预压力等电机参数对其动态法向接触力和切向摩擦力的影响。搭建双足压电电机输出特性实验平台,对其进行实验测试,并与电机输出特性模型的仿真结果相对比,验证理论模型的有效性,为双足压电电机的性能评估与参数优化设计提供指导。

基于线性接触模型的颗粒材料细–宏观弹性常数相关关系研究

细观参数的正确选取是离散元模拟成功的关键,然而,目前细观参数的选取具有一定的人为性和不确定性,导致分析结果的不可比性。利用颗粒材料单元体宏观力学参数和颗粒细观参数间的相关性,通过室内三轴试验的PFC3D模拟和结果的回归分析,基于线性接触模型建立了颗粒材料初始杨氏模量、初始泊松比等宏观弹性常数与颗粒法向刚度、颗粒刚度比等细观弹性常数间的经验公式。研究结果表明:对于线性接触模型,颗粒材料的初始杨氏模量和剪切模量约与围压的1/10次方成正比,并约与颗粒粒径的0.9次方成反比。初始泊松比则约与颗粒刚度比的1/14次方成正比,而与颗粒粒径几乎无关。常见砂土的颗粒刚度比为2.0～20.7。

细胞与注射针间动态接触模型的建立与分析

显微注射过程中,细胞的变形量和受力大小对注射成功率有直接影响,为提高自动化注射系统的可靠性,需对细胞力学特性进行研究。基于膜理论建立了细胞的接触模型,针对静态膜理论模型无法描述细胞的受力和变形关系随穿刺速度及加速度变化的问题,提出动态修正细胞膜材料参数的方法。采用不同的穿刺速度和加速度对分形期的斑马鱼卵进行穿刺实验,导出了细胞膜的动态接触经验模型,较好地表征不同穿刺条件下细胞膜的变刚度现象,为控制系统的设计提供参考。

颗粒离散元方法中接触模型的开发

在对颗粒离散元方法的理论基础进行深入研究的基础上,推导了广义Kelvin模型颗粒间接触力的理论解和数值解;采用面向对象的程序技术,通过颗粒离散元程序的接口,研制了广义Kelvin接触模型颗粒离散元计算程序;通过算例,验证了程序编制的正确性。在此基础上,以某深埋隧洞为例,计算不同接触本构模型条件下岩体的开裂破坏情况。结果表明,相对于弹性接触关系,采用广义Kelvin接触模型得出的结果与由Hoek-Brown强度准则得出的计算图更为接近。

沉管隧道地震响应分析中的三维接触模型与算法研究

针对土体与埋置在土体中的管段以及沉管隧道各个柔性接头处不同构件之间的动力相互作用,采用基于超级计算机的三维接触模型对上海某沉管隧道进行了地震响应分析,并进行了三维接触算法的研究。整个模型单元数超过了120万,节点数超过了100万。研究证明,应用文中提出的接触模型和算法可将接触处理的CPU时间大大缩短。地震波载荷选用调幅后的唐山地震波,应用通用非线性动力分析有限元程序LS-DYNA进行求解,计算结果可为隧道的抗震设计提供有力依据。

螺栓结合面微观接触模型

针对螺栓结合面弹塑性区域内的接触机理难以确定问题,根据在变形状态转变的临界点处微凸体真实接触面积与接触载荷转化均满足连续和光滑条件,构造新的多项式函数来描述接触变形与接触面积之间的关系。利用统计学方法建立螺栓结合面真实接触面、接触载荷与接触刚度模型。理论计算结果表明:随着平均表面距离的减少,接触载荷、接触面积和接触刚度随之增加;接触面积和接触刚度,随着接触载荷的增加而增加,当接触载荷增加一定程度后接触刚度和接触面积值分别趋于理想接触刚度和名义接触面积值;当螺栓结合面处于弹性和弹塑性接触状态时,塑性指数越大,接触面积越大,而平均接触距离和接触刚度就越小,当处于完全塑性状态时,塑性指数越大,刚度和平均接触距离就越大,而真实接触面积影响较小。

钢丝绳三维接触模型及丝间应力分布研究

建立了1×19IWS钢丝绳三维接触模型,该模型采用Splitting-pinball算法进行接触位置搜索,采用Augmented-Lagrangian算法进行接触载荷计算。对模型施加拉伸载荷,应用有限元进行了计算。分析计算结果,得出了钢丝沿轴线方向及在钢丝横截面内的应力分布规律;对照摩擦因数分别取0.10、0.11、0.12时的计算结果,得出摩擦因数对钢丝应力的影响规律,摩擦因数对钢丝切应力影响显著。分析了5个不同捻距倍数的钢丝绳计算结果,得出了捻距倍数对钢丝应力的影响规律,钢丝vonMises应力随捻距倍数增大而增大,但增大不明显,钢丝切应力随捻距倍数增大而减小,且在捻距倍数较小时变化幅度较大。进行了钢丝绳拉伸变形试验,试验结果与计算结果一致,说明所选用的模型是合理的。

基于三维非连续接触模型的管片接头静动力特性分析

基于非线性接触理论,考虑盾构隧道结构的非连续性,模拟管片接头结构和管片衬砌与围岩及道床之间的相互作用,建立了道床–管片–围岩的三维非连续接触模型,对盾构隧道管片接头在围岩静压、列车动载作用下的受力与变形进行了深入分析。研究结果表明,围岩静压下拱顶和隧底处的纵向接头部分向内张开,两侧拱腰处的接头部分向外张开,拱顶处的封顶块与邻接块错台较大,拱腰接头受压明显,拱顶接头受压最小,各环管片拱顶处的螺栓轴力最大,隧底处的其次,拱腰处的接头螺栓轴力最小,旋转了一定拼装角度后位于拱肩上部的接头螺栓,其剪力最大;列车动载作用下管片接头的张开错台、混凝土应力以及接头螺栓的内力均在动载施加初期迅速增加,然后明显减小,而后产生波动,其中浅埋地铁隧道拱顶接头的动力响应较隧底接头明显,螺栓剪力在列车动载作用下较螺栓轴力增加的多。

简化接触模型的月壤离散元数值分析

根据月壤其颗粒级配可归类于粉质砂土。针对真实月壤所处的环境(无水、低重力场、低气压等),将Perko等2001年提出的月壤颗粒间的范德华力植入离散元分析软件PFC2D中,模拟了刚性边界下加入该模型与未加该模型试样的双轴压缩试验,研究了颗粒间范德华力对试样的宏观力学特性与微观颗粒接触的影响。结果表明,颗粒间的范德华力对试样的抗剪强度、体应变以及颗粒平均配位数都有显著的影响。

基于分形接触模型的齿轮接触强度影响参数分析

根据基于分形接触模型的齿轮接触强度理论,讨论了影响齿轮接触强度大小的几个参数:粗糙度幅值参数、材料的特性参数、分形维数和表面粗糙度。结果表明:减小粗糙度幅值参数、增大材料的特性参数有利于提高齿轮接触强度;分形维数和表面粗糙度与接触强度之间不是线性关系,而是存在一个最优值。