踏面制动尖叫噪声的有限元分析

利用ABAQUS软件建立铁路货车车轮踏面制动系统有限元模型,对其进行制动摩擦尖叫噪声的有限元复特征值分析。根据复特征值实部的正负判断系统发生尖叫噪声的可能性,如果有实部为正的特征值,则可判断系统有发生尖叫噪声的趋势。在ABAQUS建模方法中,闸瓦与车轮之间的法向力根据接触计算确定,不需假设接触弹簧,可以方便处理非平面滑动接触尖叫噪声问题。利用该模型,研究滑动摩擦因数、闸瓦压力角、闸瓦压力和转动方向对尖叫噪声的影响。研究结果显示,闸瓦压力角对制动尖叫噪声有重要影响,当闸瓦压力角α=5°时,制动系统发生尖叫噪声的可能性最低。计算结果还显示,摩擦因数越大,系统发生尖叫噪声的趋势就越大;闸瓦压力越大,尖叫噪声发生的趋势就越大。车轮逆时针转动比顺时针转动更容易引起尖叫噪声。

时滞摩擦尖叫噪声模型的稳定性研究

应用Olgac直接法对单自由度时滞摩擦噪声模型的稳定性进行了分析,建立了无摩擦尖叫噪声的稳定区域。对模型的自然频率、阻尼和接触摩擦综合系数对摩擦尖叫噪声的影响进行了数值分析。结果显示,摩擦力时滞的数值对摩擦噪声的发生有重要的影响。随着摩擦力时滞数值的增大,模型无摩擦噪声的稳定区和有摩擦噪声的不稳定区交替出现。模型的自然频率越高,就越容易发生摩擦噪声。模型的阻尼越小,也越容易发生摩擦噪声。模型的接触摩擦综合系数越大,也越容易发生摩擦噪声。对模型进行了非线性仿真分析,仿真结果显示,法向振动引起的接触分离是摩擦振动受限的一个非线性因素。

摩擦噪声有限元预测

发展一种利用商业有限元软件进行摩擦系统全模型摩擦噪声预测的方法,可以对包括摩擦力和真实边界条件下的摩擦系统的复特征值进行分析,提出进行摩擦噪声预测的主要步骤。该方法能够大大提高摩擦噪声预测分析的精度和效率。利用该方法分析往复滑动摩擦系统的噪声发生趋势,获得系统特征方程的特征根及其变化特性,据此可判断摩擦系统自然频率和可能发生摩擦噪声的频率。计算结果表明,摩擦因数和滑动方向对系统摩擦噪声的形成有重要影响,摩擦噪声发生时摩擦系统具有振动模态重合的特点。将计算得到的系统可能发生摩擦噪声的频率与系统的试验噪声频率进行比较,发现有比较好的一致性。

摩擦振动的时频特性

采用短时傅里叶变换(Short-time Fourier transform,STFT)和Zhao-Atlas-Marks分布(ZAMD)这两种时频分析技术对往复滑动条件下的摩擦振动时频特性进行研究。用例子探讨了这两种时频分析技术的特点,联合采用STFT 和ZAMD方法可得到较高的时频分辨率。对摩擦振动信号的时频特性研究表明,摩擦振动的频率从其初始形成到消失的全过程中基本没有发生变化,这个特性显示在摩擦振动的形成和消失过程中没有遇到结构非线性因素。还讨论了时频不变特性的物理意义,指出用模态耦合理论不能满意地解释摩擦振动有限和消失现象。

摩擦噪声系统的振动特性研究

建立了一个往复滑动摩擦系统1∶1实体装配模型,采用有限元方法对该系统的振动特性进行研究,获得了系统的自然频率和振动模态。将得到的系统振动频率与系统的试验噪声的频率进行比较,发现它们的一些结果有很好的一致性。对系统的计算模态分析显示,发生噪声的模态同时具有切向和法向振动特征。

纳米薄膜润滑的分子动力学模拟

针对广泛存在于微机电系统和精密机械中的纳米薄膜润滑问题,首先建立了作为润滑剂的正十六烷长链分子间的作用力模型;接着运用分子动力学模拟的方法得到了润滑剂在6种不同的剪切速率下的应力、速度和温度分布;研究了摩擦过程中特殊的物理现象.结果表明:随着剪切速率的变化,润滑剂的温度和所受到的剪切应力不断变化;润滑剂的分层和层间滑移现象在各种剪切速率下都会发生,是纳米薄膜润滑中的普遍现象.此研究对理解和研究纳米润滑薄膜的作用机理有促进作用.

银基合金摩擦振动与噪声特性的分析与控制

在银基合金受到激励产生振动与噪声的机理分析基础上,采用振动、噪声的测试手段和频谱分析方法并结合金相分析,发现银基合金汇流导电体内部微观组织中的石墨成分没有均匀分布在银基体周围,致使石墨不能很好地发挥润滑作用,在工作时形成较大振动与噪声。据此研究,提出通过改变其合金成分和改进生产工艺来控制振动与噪声的措施,使其噪声由70.8dB(A)下降到63.4dB(A)。

锤击脉冲力对摩擦尖叫噪声的激励作用

大量的试验发现对摩擦系统施加的锤击脉冲力能够激励出摩擦尖叫噪声。对这种由锤击脉冲力激励出的摩擦尖叫噪声进行时频分析,发现它与摩擦系统自激产生的摩擦尖叫噪声具有相同的时频特性。为了找到锤击脉冲力激励出摩擦尖叫噪声的原因,进行了更深入的试验研究,结果表明摩擦尖叫噪声与磨屑有十分密切的关系,同时发现锤击脉冲力会使摩擦系统产生更多磨屑,大量磨屑的突然产生可能是导致锤击脉冲力激励出摩擦尖叫噪声的原因。

空调转子压缩机摩擦噪声的有限元分析

为探讨空调转子压缩机摩擦噪声的产生机制,提出一种利用有限元软件对空调压缩机相关摩擦副进行摩擦噪声预测的方法。利用复特征值分析法对空调转子压缩机摩擦系统的有限元模型进行模态分析,获得摩擦系统的固有频率以及相应振型的变化特性,据此推断可能导致摩擦噪声的频率。有限元模型计算结果与实测数据具有很好的一致性,验证了该预测方法的有效性。结果表明:曲轴-法兰摩擦系统中摩擦力的引入可能使系统发生模态耦合,进而产生不稳定的振动与噪声;摩擦因数以及法兰弹性模量的变化对摩擦噪声的形成有显著影响,提高摩擦系统的临界摩擦因数可以在一定程度上提高摩擦系统的稳定性,当法兰的弹性模量取较高的数值时,摩擦系统就越容易产生摩擦噪声。