磨削接触区喷雾冷却气液两相流场与温度场仿真分析

采用流体动力学软件Fluent模拟雾化喷嘴喷射流场,分析喷嘴结构参数对喷射效果的影响,得出最佳结构参数。利用流固耦合方法建立陶瓷磨削喷雾冷却流场仿真模型,分析入射压力、喷雾雾化角、质量流量对陶瓷工件表面冷却效果的影响。研究表明:喷嘴入射压力影响液滴射流速度,入射压力越大气流场的穿透效果及壁面换热效果和稳定性越好喷雾雾化角越小,液滴入射速度和质量流量越大,工件表面降温效果愈佳。

基于LS-DYNA的金属切削加工有限元分析

采用有限元法对金属的切削加工过程进行了模拟,得出了工件内部应力、应变及温度的变化规律.模拟结果表明,切屑是切削层材料受到刀具前刀面的推挤,沿某一斜面发生剪切滑移形成的;切削进入稳定阶段后,材料的最大等效应力保持在某一值附近波动;钝圆半径的挤压导致成形表面产生残余应力;切削热主要集中在切屑上,切屑温度从切屑底层到外层逐渐递减.该方法弥补了实验方法冗繁的缺点,为金属切削原理的研究、切削加工工艺的设计提供了高效的方法和理论依据.

基于FEM与SPH耦合算法的金属切削仿真研究

采用FEM与SPH耦合算法进行了金属切削加工仿真研究,模拟了切削过程中材料的本构行为.模拟结果表明,切削过程是切削层材料受到刀具的推挤后而产生的以剪切滑移为主的塑性变形过程;在切削过程中,切削力从零开始迅速增大,然后又减小,最后在一定范围内变动;稳定切削后,前刀面上的最大等效应力在距离切削刃一定距离处上下波动。与有限元仿真结果相比较,材料的变形情况与应力分布基本相符,验证了FEM与SPH耦合算法应用于金属切削仿真研究的可靠性。

单颗立方氮化硼磨粒切削特性及工件材料变形行为的微观力学分析

为了解决有限元法模拟切屑分离时的网格束缚问题,采用有限元法和光滑粒子流体动力学(SPH)法的耦合方法进行了单颗立方氮化硼(CBN)磨粒切削过程的微观力学仿真。通过CBN磨粒与工件材料的应力变化与分布情况以及切削层SPH粒子的运动情况,从微观角度分析了单颗CBN磨粒的切削成屑机理,并分析了CBN磨粒的几何特征对工件材料切削变形的影响;采用陶瓷CBN砂轮贴片样块进行了磨粒划擦实验,结果表明:磨粒的推挤使工件材料发生塑性变形,沿磨粒的前方及两侧隆起,并最终于磨粒的前方流出而形成磨屑;磨刃前角增大,剪切角随之增大,导致磨粒的耕犁作用减弱而切削作用增强。磨粒刃边强度低、接触应力大,磨损速率较快,易于发生磨耗及微破碎磨损而使磨粒钝化。

基于流固耦合算法的单颗磨粒切削仿真研究(英文)

基于欧拉/拉格朗日耦合算法,采用四棱锥模拟磨粒的切刃,进行了单颗磨粒的三维切削仿真。该方法解决了传统有限元法进行切削仿真时易于发生单元畸变的问题。仿真结果表明,磨粒的挤压使工件材料向前方及两侧流动而产生隆起,侧向隆起高度及范围逐渐增大,形成切屑后基本保持不变;磨粒切削刃处的工件材料变形剧烈,产生较大的加工应力,在沟槽侧面及底面留下较大的残余应力并产生较高的温度;磨粒刃尖处的接触应力最大,并沿着棱边向上迅速降低。

基于SPH法的CBN磨粒切削过程数值模拟

采用光滑粒子流体动力学法进行CBN磨粒切削过程仿真。该方法解决了网格法模拟材料分离时的网格束缚问题。通过切削过程中磨粒与工件材料的应力场变化以及离散SPH粒子的运动情况,分析了CBN磨粒的磨损机理以及工件材料的切削变形机理。研究结果表明:磨粒的顶部与挤压面棱边接触应力集中,易发生磨耗与微破碎磨损;工件材料受磨粒的推挤发生弹塑性变形而沿磨粒的侧向及前方隆起,并于磨粒的前方挤出而形成切屑。

陶瓷CBN砂轮地貌建模与磨削仿真

针对砂轮表面上磨粒形状的不规则性、尺寸的不确定性以及分布的随机性特点,采用随机空间平面切分实体的方法生成了具有实际磨粒几何特征的不规则多面体磨粒;提出了虚拟格子法,实现了磨粒空间位置的随机分布,构建了陶瓷CBN砂轮地貌仿真模型;采用有限元法和光滑粒子流体动力学法的耦合方法进行了砂轮地貌模型磨削仿真,通过切削层SPH粒子的运动情况,分析了磨粒的切削机理及工件表面的创成机理。

高速动车组设备舱支架结构抗疲劳性能研究

应用有限元分析软件ANSYS对两种设备舱支架结构进行静力仿真分析,获得了不同气动载荷工况下的支架结构应力响应情况,仿真结果表明:裙板气动载荷对支架结构的应力影响大于底板气动载荷;方案二支架结构改进处焊缝的应力情况得到明显改善.在时速330 km/h的情况下,测试了两种支架结构焊缝关键部位的动应力.采用雨流计数法编制了各测点的八级应力谱,并采用Goodman公式进行了对称化修正.结合材料的S-N曲线和Miner线性疲劳累计损伤理论计算了各测点的等效应力幅.对比计算结果表明,方案二支架结构的抗疲劳性能优于方案一.

基于SPH法的金属切削大变形数值模拟

采用光滑质点流体动力学法对金属切削过程中复杂的材料本构行为进行了数值模拟,进而分析了切削加工中的基本规律.模拟结果表明,切削过程是切削层材料受刀具的挤压而产生的以剪切滑移为主的塑性变形过程;堆积在刀尖处的材料屈服强度提高,接触应力增大,使得工件表面产生显微裂纹;切削过程中,切削力逐渐增大,最后保持在一定范围内平稳变动;形成切屑后,前刀面上的最大接触应力在距离切刃一定距离处上下变动,在该位置处刀具的磨损较为严重.

虚拟砂轮的开发及其磨削性能分析

采用虚拟现实技术,开发了可交互的虚拟磨削加工环境.以正六面体作为磨粒的基本形态,并将该磨粒随机分布在砂轮基体上,建立虚拟砂轮的仿真物理模型以及磨粒与工件接触的数学模型.以平面磨削为例,进行了不同加工参数下磨削加工过程的动态仿真,测试了虚拟砂轮的磨削性能,并分析了工件表面粗糙度的影响因素.仿真结果与理论分析结果具有一致性,证明了将虚拟现实技术应用于磨削加工机理研究是可行的.

CAD中直齿圆柱齿轮三维参数化造型的两种方法

采用AutoCAD嵌入式开发语言AutoLISP,实现基于特征的机械产品三维参数化造型。以AutoCAD2000为开发平台,以渐开线式直齿圆柱齿轮为例,采用了两种参数化造型方法,成功实现了直齿圆柱齿轮的三维参数化建模。用户在使用时可以根据具体需求输入参数值。设计出的齿轮具有良好的延续性和继承性。用仿真加工的方法对直齿圆柱齿轮进行参数化建模,不仅能实现尺寸驱动模型,还能生成准确度较高的标准齿轮模型,该方法的提出将为设计其它几何形状更为复杂的机械零件提供一定的帮助。

振动冲击下水体晃荡对水箱部件动力学特性的影响

振动冲击下水体受水箱内壁的约束而产生受迫晃荡,同时由于其自身的流动性而在水箱内作自由晃荡,这使得水箱部件的动力学特性变得复杂。为提高动车组水箱部件结构强度的计算精度,利用有限元法与光滑粒子流体动力学法模拟了振动冲击下水箱部件的流固耦合行为,分析了水体晃荡对水箱部件动力学特性的影响。结果表明,水体对水箱部件垂向冲击力的波动幅值大于横向及纵向冲击力的波动幅值,这表明水体晃荡的垂向载荷分量对水箱部件的损伤贡献最大;水箱内水体的状态对结构的动应力响应影响较大,因此研究水体晃荡对结构动力学特性的影响,可为水箱部件结构的强度评估分析提供理论依据。

纤维角度对碳纤维复合材料切削性能的影响分析

针对碳纤维复合材料单层布正交切削建立有限元分析模型,研究不同纤维角度碳纤维复合材料切削加工的表面形貌、切屑形貌和进给切削力,并对纤维角度的影响规律及其形成原因进行分析,分析结果表明：纤维角度为0°的碳纤维复合材料切削加工表面质量最好,纤维角度为90°方向次之,其次为 135° ,45°方向最差;纤维角度为0°时,其加工切屑为带状或连续带状,45°的切屑主要为小块状,90°的切 屑主要为粉末状,135°的切屑主要为稍大的块状;纤维角度在0°- 180°范围内,进给力随纤维角度的变化曲线近似为正弦状,在45°附近最大,135°附近最小.

风电盘式制动器制动闸片磨粒磨损仿真分析

针对风电制动器制动过程中制动闸片产生的摩擦磨损,借助有限元方法对制动过程中制动闸片的磨粒磨损进行有限元仿真.将制动盘/闸片相互作用的磨粒磨损过程简化为磨粒压入、滑移、卸载三个阶段,并根据磨损机理的不同将磨粒分为划擦型磨粒和刻划型磨粒.借助Rabinowicz单磨粒磨损模型分别推导出制动盘/闸片磨损过程中磨损量和划擦力的计算模型,并基于ABAQUS有限元软件分别对划擦型磨粒和刻划型磨粒制动过程中产生的磨粒磨损进行有限元仿真分析验证单磨粒磨损量和划擦力计算方法.

高速动车组受电弓上臂横梁部件抗疲劳性能

通过动力特性试验分析了两种设计方案受电弓上臂横梁部件的抗疲劳性能.在动车组时速350km/h的情况下,测试了受电弓上臂横梁部件关键部位的动应力.对各个测点的应力时间历程进行统计,得到了相应的均值、方差、最大值和最小值.对比两种方案的动应力统计特征值表明,方案二上臂横梁的结构强度特性优于方案一.采用雨流计数法编制了各测点的八级应力谱,并采用Goodman公式进行了对称化修正.结合铝合金材料的S-N曲线,采用Miner线性累积损伤理论预测了两种横梁部件的疲劳寿命.对比结果表明,方案二受电弓横梁部件的疲劳寿命明显提高.

金刚石和CBN超高速冲击磨削Q235A实验研究

为研究Q2 35A钢在超高速磨削条件下的磨屑形成机理,使用真实的人造金刚石和CBN颗粒作为磨料,将其粘接在7.6 2mm的子弹头部,利用81式步枪作为加速、加载装置,对Q2 35A钢进行了72 0m/s的超高速冲击磨削实验研究。对实验结果进行了深入、细致的检测和分析。实验结果表明,Q2 35A在超高速冲击作用下,弹着点会产生瞬间高温,达到或超过Q2 35A的熔点,从而在子弹与钢板相接触区域的材料形成流动相,流动物质在磨粒和冲击波的作用下离开基体而形成磨屑。验证了冲击成屑理论的正确性。

基于名义应力法的动车组车体净水箱吊装部件疲劳强度分析

针对高速运行动车组车体悬挂设备振动疲劳损伤问题,以某型动车组车顶净水箱吊装结构为研究对象,采用名义应力法对吊装结构的焊缝部位进行疲劳强度评估.根据EN 12663标准确定净水箱的工作载荷工况,采用有限元法计算了各工况下结构的振动响应,并基于BS标准计算了焊缝疲劳评估点的寿命.假定各载荷工况出现频率相同的情况下,构造了工作载荷历程,采用Fe-safe软件对焊缝的疲劳寿命进行了仿真分析.两种方法分析结果均表明:焊缝1与焊缝2寿命最低,是结构最易发生疲劳破坏的位置;焊缝位于筋板表面的焊趾寿命低于位于主支撑板表面的焊趾寿命.

电火花小孔加工电极损耗及形状变化试验研究

对电火花小孔加工进行试验研究,分析电极长度损耗和角损耗的影响因素,得到电极材料、工件材料、加工极性对电极长度损耗和角损耗的影响规律.以模具钢为加工对象进行电火花小孔加工,分析了小孔加工时黄铜电极与石墨电极的形状变化规律.发现电极先发生角损耗,形成球状端面,当进入侧面损耗阶段后,形成锥状电极.试验结果还表明随着加工的进行,工具电极前端面的锥度不断增大,但电极端面圆弧的圆心角基本恒定.

高速动车组制动风缸吊装结构振动特性分析

为了解制动风缸吊装结构的振动特性,应用有限元分析软件ANSYS对两种吊装结构的风缸单元进行模态分析和瞬时振动加速度下的结构响应分析,获得了吊装结构的各阶固有频率和振型以及不同载荷工况下吊装结构的应力分布.仿真结果表明,方案一吊装结构的横向承载能力比纵向、垂向承载能力弱,横向刚度相对较低;吊装结构的最大应力出现在吊座与吊带的连接处,该位置结构强度相对较弱;方案二吊装结构的各阶固有频率和刚度均有所提高且最大应力幅值大幅降低.对比分析表明,方案二吊装结构的振动特性优于方案一.

吊装设备振动冲击下的铝合金车体C型槽疲劳强度分析

针对吊装设备振动冲击下的车体承载结构疲劳损伤问题,采用有限元法对某型动车组车顶净水箱吊装设备振动冲击下的车体C型槽疲劳强度进行仿真分析.根据EN 12663标准确定净水箱的工作载荷工况,计算出吊装组件连接螺栓承载力,作为C型槽疲劳强度计算载荷.假定各载荷工况出现频率相同的情况下,构造了工作载荷历程.采用有限元法分析了C型槽在工作载荷下的静强度与疲劳强度.计算结果表明:振动冲击下,C型槽最大值应力值为13.8 MPa,远小于材料的屈服强度,表明在正常运行工况下C型槽不会出现塑性破坏;在1.0×107设计寿命下,结构最小安全系数为13.625,表明在指定的设计寿命内C型槽不会发生疲劳破坏.