考虑材料塑性流动的粗糙表面弹塑性接触建模

针对粗糙表面弹塑性接触问题,考虑微凸体顶端因接触变形产生的材料塑性流动,从塑性变形体积守恒准则出发,将相邻接触单元划分为不同类型接触片段,对不同类型接触片段分别提出了材料塑性流动模式与算法,建立了表面微观形貌循环更新的弹塑性接触模型。通过与Hertz解和有限元解进行对比,检验了所提模型的有效性。应用所提模型开展粗糙表面弹塑性接触分析,获得了表面微观形貌和接触压力演化过程。结果表明:所提模型与Hertz解和有限元解基本相符,最大误差在10%以内;材料塑性流动使得材料由峰顶逐渐向峰谷转移,导致接触范围随之变大,平均接触压力随之减小,但转变速度逐渐趋缓。

管路连接件粗糙表面接触力学与密封性能分析

为研究真实管道连接件在拧紧力矩作用下的接触状态和密封机制,从而有效控制管路密封性能,以真实管路连接件为研究对象,对粗糙接触表面真实接触形貌数据进行实测,通过逆向建模工程建立粗糙接触表面有限元模型,利用有限元仿真分析方法得出真实接触面积比与平均接触应力的关系。结果表明,在开始施加位移载荷时同时发生弹性与塑性变形,随着载荷的增加,发生塑性变形区域越来越大,形成真实接触区域部分也逐渐增加。基于逾渗理论对接触界面进行栅格化模型模拟,通过寻径算法得出接触界面达到密封时所需要的最小真实接触面积比,结合仿真结果得到管路连接件接触表面达到密封时所需要的最小接触应力值。研究结果为管路连接件密封性能仿真分析提供重要密封评判指标,也进一步通过仿真分析得到管接头密封条件下的最小拧紧力矩提供参考。

基于G-W理论的轮轨三维粗糙表面摩擦生热

为了研究粗糙表面形貌特征对轮轨摩擦副滑动过程中产生的热、温度场和应力场的分布规律及其相互影响,基于G-W模型,将轮轨摩擦副简化为一不同形貌的微凸体粗糙表面与一理想平面,通过数值模拟方法研究了粗糙表面轮轨摩擦过程中热的大小及温度场和应力场的分布规律。结果表明:微凸体之间的相互作用对摩擦生热有影响,随着球冠状微凸体堆叠度的增大,热区分布面积增加,热源减小;微凸体的数量和排布规律对摩擦生热有影响,微凸体横向排布时,摩擦温升随微凸体数量的增加而减小,微凸体纵向排布时,摩擦温升随微凸体数量增加而增大,热区分布向滑动方向后方集中;不同形貌微凸体对对摩擦温升结果也会产生影响,球冠状微凸体粗糙表面摩擦温升总体高于长方体状微凸体摩擦温升。可见,微观层面粗糙表面形貌特征对轮轨摩擦副热源、热区分布、温度场和应力场分布等都会产生影响,为进一步研究轮轨相互作用,保障列车安全运行提供理论依据。

基于分形理论的磨削粗糙表面静摩擦系数模型

为更准确地计算磨削粗糙表面的静摩擦系数,本文综合考虑了微凸体相互作用和区域扩展系数的影响,基于分形几何理论和Hertz接触理论,并利用切向接触载荷的基本理论,推导了磨削粗糙表面的真实接触面积、法向总载荷和切向总载荷,建立磨削粗糙表面的静摩擦系数分形模型,通过数值仿真研究了不同法向总载荷、分形维数、高度尺度参数以及材料参数对粗糙表面静摩擦系数的影响规律。仿真结果表明,磨削粗糙表面的静摩擦系数随着法向总载荷的增加而增加,随着高度尺度参数或材料参数的增大而减小;静摩擦系数和分形维数存在非线性关系,当分形维数小于2.65时,静摩擦系数随着分形维数的增大而增大,当分形维数大于2.65时,静摩擦系数随分形维数的增大而减小。最后通过试验和现有模型验证了本文模型的有效性。

耦合轴颈轴向运动的粗糙表面径向滑动轴承热流体动力润滑分析

在实际轴-轴承系统中,受多种因素作用的影响,轴颈在轴承中不可避免地存在沿轴线方向的运动和倾斜,影响径向滑动轴承的润滑性能。计及轴颈的轴向运动,对粗糙表面倾斜轴颈径向滑动轴承的热流体动力润滑性能进行研究,主要分析讨论热效应、表面粗糙度、偏心率和转速等对计及轴颈轴向运动的倾斜轴颈径向滑动轴承润滑性能的影响情况。其中,采用基于平均流量润滑模型建立的广义Reynolds方程进行润滑分析,采用能量方程和固体热传导方程计算润滑油和轴承温度,采用润滑油黏温方程确定润滑油黏度。结果表明,轴颈轴向运动对轴承润滑性能的影响与轴颈倾角、热效应、表面粗糙度、偏心率和转速有关;随着轴颈轴向速度的增加,热效应对轴承润滑性能的影响减小,表面粗糙度对轴承主要润滑性能的影响略有增大;轴承轴颈倾角和偏心率越大、转速越低,轴颈轴向运动对径向滑动轴承润滑性能的影响越明显。

粗糙表面形态对超疏液材料边界条件影响的研究

目的:为了减小粗糙表面边界流体阻力,探寻超疏液材料的基本物理机制和边界效应。方法:通过有限元法仿真和原子力显微镜实验研究了不同粗糙表面形态对超疏液材料边界条件的影响。结果:仿真结果表明,当峰谷粗糙度越小,波峰间距越大时,边界滑移长度越大。而在实验研究中,当峰谷粗糙度增加时,边界滑移长度减小,但波峰间距与滑移长度无关。结论:通过改善超疏液材料表面的峰谷粗糙度和波峰间距,可以更有效地降低边界阻力,它强调了在超疏液材料的设计和制造中避免固液界面阻力的重要性。

刮板输送机中部槽粗糙表面接触滑动力学分析

以SGB420/30刮板输送机为例,介绍一种基于刮板输送机中部槽粗糙表面接触滑动力学的分析方法。将中部槽相关参数添加到ABAQUS软件内,由该软件自动构建出刮板输送机中部槽有限元模型,进而以此为基础,分别模拟分析了中部槽表面接触面积、粗糙表面接触压力及粗糙实体应力场分布情况,确定出中部槽易出现疲劳磨损的区域,从而为整个中部槽结构的优化设计提供支持。

刮板输送机中部槽粗糙表面接触滑动力学分析

以SGB420/30刮板输送机为例,介绍一种基于刮板输送机中部槽粗糙表面接触滑动力学的分析方法。首先,将中部槽相关参数添加到ABAQUS软件内,由该软件自动构建出刮板输送机中部槽有限元模型,进而以此为基础,分别模拟分析了中部槽表面接触面积、粗糙表面接触压力及粗糙实体应力场分布情况,确定出中部槽易出现疲劳磨损的区域,从而为整个中部槽结构的优化设计提供支持。

粗糙表面微凸体模型构建与接触特性分析

基于粗糙表面形貌测量试验,提出一种采用二次函数回转体等效微凸体的办法,建立微凸体接触半径与接触变形的解析关系,弥补了半球体模型单一曲率半径的缺陷;然后根据几何模型,重新推导出单个微凸体在弹性、弹塑性和完全塑性三种变形阶段的接触表达式,并应用接触力学理论和概率统计方法,建立粗糙表面的微观接触模型;最后将所建模型与CEB模型、ZMC模型以及KE模型的仿真结果进行了对比,验证了所建模型的有效性,并揭示了塑性指数、微凸体尺寸参数对接触特性的影响规律。研究表明:相比于半球体模型,二次函数模型对微凸体轮廓的拟合效果更好,能够在载荷较大的情况下,更加精确地进行结合面接触特性分析;塑性指数是影响接触刚度的主要因素,塑性指数越大,其接触面积越小,抵抗变形的能力越弱;微凸体尺寸参数对接触刚度的影响较小,微凸体直径与高度的比值越大,接触面积和接触刚度越大。

粗糙表面间密封性能研究进展

在微观尺度下的静密封界面表面形貌是粗糙不平的,两粗糙表面上的微凸体在载荷作用下会接触形成孔隙;随着接触压力的减小或观察尺度的增加,当孔隙增加到一定数量时孔隙之间会相互连通形成泄漏通道,影响密封性能。现有的粗糙表面密封分析基于均化思想、逾渗理论和多孔介质思想等方法建立泄漏通道模型,考虑表面粗糙度、表面纹理以及表面载荷等对密封性能的影响。对现有的粗糙表面间密封性能的研究现状进行综述,分析现有的粗糙表面密封研究方法存在的不足之处,指出粗糙表面间密封研究可能的方向,为进一步研究粗糙表面密封机制提供了参考。

基于分子动力学-格林函数法的分形粗糙表面摩擦行为研究

任何物体间的表面摩擦均可看成是粗糙面间的摩擦,且大部分粗糙表面具有分形特征.为探究分形粗糙表面的摩擦行为,利用分子动力学-格林函数法(GFMD)建立微观分形粗糙表面模型,采用位移加载控制分形粗糙表面的接触和摩擦过程,并根据广度优先搜索算法识别接触团簇分布.之后分别计算原子尺度、接触团簇尺度和界面尺度下的最大摩擦系数与摩擦力,并利用影响矩阵法研究摩擦过程中接触团簇之间的相互作用,分析接触团簇之间的距离和面积对相互作用的影响.结果表明:在摩擦过程中,摩擦系数从小尺度到大尺度逐渐减小;摩擦力随位移呈现周期性波动,接触团簇并非同时达到最大摩擦力,而是发生局部滑移,整体滑移模型预测的摩擦力是分子模拟结果的上限值;所提出的影响矩阵法可以较好地模拟接触团簇之间的相互作用,利用影响矩阵计算得到的最大摩擦力与GFMD模型结果基本一致,而不考虑局部滑移影响计算得到的最大摩擦力比GFMD模型结果大20%,并且接触团簇之间的相互作用与距离成反比,与面积成正比.结果可为粗糙表面的界面分析和优化提供理论依据.

粗糙表面反射偏振特性的研究进展

不同粗糙表面反射偏振特性的明显差异为目标探测与识别奠定了基础,其研究受到不同领域的广泛重视。基于粗糙表面反射原理和反射偏振理论模型,对粗糙表面反射偏振特性的研究进展进行了深入且详尽的归纳与总结。对粗糙表面反射光偏振特性与入射角度、入射光波长、表面粗糙度等属性之间的关系进行了对比分析,并在此基础上对粗糙表面反射偏振特性的应用前景作出了阐述。最后,针对粗糙表面反射偏振研究目前存在的问题与未来发展给出了思考。

具有随机粗糙表面的变截面杆中的扭转波传播

建立了含有随机粗糙表面的轴对称变截面杆的数字模型,研究了扭转波在变截面粗糙杆中的传播规律。首先,利用摄动法和快速傅里叶变换求解了含有粗糙面离散序列的扭转波动方程,得到了离散形式的半解析解。其次,利用MATLAB将离散解数值化,并通过ABAQUS对变截面粗糙杆进行有限元模拟对比,验证了解的有效性。再次,通过系统计算,得到了影响摄动法精度的小参数的适用范围。最后,系统地讨论了粗糙面的统计参量对扭转波传播特性的影响规律。结果表明:无量纲高度均方根越大,扭转波幅值均值越小;无量纲相关长度越大,扭转波幅值均值越大,但均不会超过扭转波在光滑杆中的幅值。

粗糙表面接触的层级模型

真实的材料加工表面的粗糙度往往跨越了多个尺度。本研究建立了一种新的粗糙表面层级接触模型。对于较大尺度部分,截断过滤短波长的粗糙度,然后运用连续介质力学的方法计算出相应的近似接触面积和局部压力的分布;对于较小尺度部分,本研究基于分形理论,利用二维Cantor集来描述层叠的短波长微凸峰,然后对在较大尺度得到的近似接触面积进行细化修正,计算出了最终的接触面积。为了验证所建立的模型,将得到的整体接触响应与有限元法计算结果进行了比较。结果表明,该模型能够充分预测粗糙表面的弹性接触响应,而且大大降低了多尺度粗糙表面接触力学建模的计算规模。这对进一步研究跨尺度粗糙表面之间的接触和摩擦具有重要意义。

机器人减速器传动粗糙表面接触参数研究

针对机器人减速器传动界面广泛存在的粗糙表面接触特性开展相关研究。以GW接触模型为基础,考虑粗糙峰接触过程中相互作用的影响,对它进行修正得到新的模型。采用修正模型计算粗糙表面接触载荷并推导出接触刚度,然后与原始GW接触模型的计算结果进行对比。在进一步的研究中,讨论了不同表面粗糙度与不同接触表面材料对接触载荷与接触刚度的影响。结果表明:粗糙表面接触参数不仅受粗糙峰相互作用的影响,还与粗糙度与接触表面材料有密切的联系。

一维随机粗糙表面的生成方法及其随机表面性质的研究

本文研究一维随机表面的生成方法，以及生成表面的性质，通过改变表面的参数，可以得到不同的粗糙表面形状，这些粗糙表面可以作为研究粗糙表面电磁散射的基础。

太赫兹频段粗糙表面散射特性研究

当电磁波频率增大到太赫兹频段时,太赫兹波的波长与粗糙表面微结构可比拟。粗糙表面将对太赫兹波的传播机理产生重要影响,散射在传播中将发挥关键作用。当下针对太赫兹频段散射特性的研究主要依靠大规模测量,较难实现。因此,使用建模的方法生成符合实际物理分布的粗糙表面,借助全波仿真的方法研究太赫兹波和表面粗糙度的作用机理是研究太赫兹波散射特性的新途径。提出使用轮廓仪捕获典型材料的物理分布特性,并从中提取粗糙面的关键统计参数。基于蒙特卡罗方法,依据统计参数重建该表面的物理分布。将测量表面和重建表面导入Feko进行全波仿真,比较并验证该研究方案的可行性。

低气压条件下弓网滑动电接触粗糙表面特性研究

极端环境条件会严重影响高速列车弓网系统的长期稳定运行,但针对高原低气压环境下弓网系统滑动电接触温度特性的相关研究仍不够完善。基于分形W-M函数构造了三维随机粗糙表面,并采用COMSOL Multiphysics仿真软件建立流-固耦合滑动电接触粗糙表面的接触模型。研究了列车运行速度和接触电流对滑动摩擦副粗糙表面稳态温度的影响,进而分析不同气压等级与气体流速对接触面周围流场的分布影响。研究结果表明随着气压等级的提高,滑动摩擦副粗糙表面接触区域的稳态温度逐渐降低。并且随着气压逐渐增大,当接触电流一定时,滑动速度对接触面稳态温度的影响较大;而当滑动速度一定时,接触电流对接触面温度的影响较小。同等气压条件下随着气体流速增大,弓网系统剖面速度场变大,气流拖尾现象更加明显。为研究极端条件对弓网系统的恶劣影响提供数值分析方法,也为高速列车的安全可靠运行提供理论指导。

高斯随机粗糙表面的电磁散射研究

本文利用数值方法研究高斯随机粗糙表面的电磁散射问题 .应用矩量法研究高斯随机粗糙表面的电磁散射可以使我们获得较为精确的数值结果 .但是 ,对于表面散射 ,应用矩量法时 ,表面未知变量的数目非常大 ,即使对于一维表面也需要几千个未知变量 .当我们求解矩阵方程时 ,计算机对求解的问题有几个限制 ,一个是内存的限制 ,一个是速度的限制 .为了克服内存的限制 ,发展了许多迭代数值算法 .本文发展了一种新的数值迭代方法 .利用这一方法 ,我们对高斯随机粗糙表面的电磁散射问题进行了研究 ,并与矩阵反演方法进行了比较 .所得结果表明 ,这种新的迭代法具有很好的收敛性 .

分形随机粗糙表面的电磁散射研究

本文利用数值方法研究分形随机粗糙表面的电磁散射问题。 应用矩量法研究分形随机粗糙表面的电磁散射可以使我们获得较为精确的数值结果。但是,对于表面散射,应用矩量法时,表面未知变量的数目非常大,即使对于一维表面也需要几千个未知变量。当我们求解矩阵方程时,计算机对求解的问题有几个限制,一个是内存的限制,一个是速度的限制。为了克服内存的限制,发展了许多迭代数值算法。本文发展了一种新的数值迭代方法.利用这一方法,我们对分形随机粗糙表面的电磁散射问题进行了研究, 并与矩阵反演方法进行了比较.所得结果表明,这种新的迭代法具有很好的收敛性。