大型冒落体冲击垫层多参量影响修正的Hertz接触力学模型

以铜矿采空区大型冒落体冲击隐患为研究背景,基于Hertz接触力学理论,建立了考虑垫层弹塑性效应、垫层厚度、垫层孔隙率的冲击力理论修正计算模型。依据该理论公式,分析了各影响因素的敏感性,进一步以案例形式分析了采空区大型冒落体冲击载荷下有效合理的垫层厚度。结果表明:(1)垫层厚度缓冲效应较弱,垫层孔隙率缓冲效应、垫层强度缓冲效应较强,即增大垫层厚度,冲击力降幅较低,而增大垫层孔隙率和减小垫层弹性模量可有效降低冲击载荷;(2)垫层厚度缓冲效应在较小冒落体质量、较低垫层材料强度、较大落体冲击速度、较大垫层孔隙率情况下表现较强,反之,则较弱;(3)冲击力随冒落体冲击质量、冲击速度增大增幅显著,冲击速度对冲击力大小的影响有一定限值,一旦超过该极限,冲击力不再增大;(4)考虑矿柱简化为固支梁和简支梁两种情形,得出垫层有效厚度分别为8.5 m和17.5 m,综合考虑两种简化模式,确定碎石垫层厚度不应小于17.5 m。研究成果可以为大型采空区设置合理结构垫层防治动力冲击灾害提供理论依据。

骨架膜装配式节点设计与承载力分析

提出的骨架膜结构装配式节点具有构造简单、预制程度高、便于现场装配、可以调节消减加工误差、适应各种形状的骨架膜结构、传力清晰等特点。基于Hertz接触理论分析了该节点的关键承载结构——销轴连接的应力分布形式并与有限元分析相互印证。基于有限元分析得出了该节点中杆件与耳板最佳的连接方式,对该节点的三维模型进行简化并建立有限元模型,计算了该节点的极限承载能力,得到其破坏形式并与同规格的空间相贯焊接钢管节点进行对比。结果表明:该装配式节点的失效由下弦杆控制,满足“强节点,弱杆件”的设计要求;该装配式节点的极限承载能力为设计荷载的2.95倍,与同规格的空间相贯焊接钢管节点几乎相同,有充足的安全余量,可以更加灵活地应用于各种建筑结构中。

基于分形理论的变齿厚齿轮接触应力分析

为了更准确地反应变齿厚齿轮齿面真实接触应力,构建了变齿厚齿轮的齿面接触系数,并对其合理性进行了验证。基于分形接触理论和Hertz接触理论建立了综合考虑齿轮齿面粗糙形貌、接触点弹性变形、材料特性等参数的变齿厚齿轮接触模型,计算变齿厚齿轮的接触强度,并与有限元计算结果进行比较,验证了方法的有效性。通过分形理论得出齿轮啮合时载荷与面积的关系,并对4个基本参数进行仿真,分析分形接触模型的效果。结果表明,通过数值模拟和分析实际接触面积与载荷的关系图,验证了分形接触模型的准确性。基于有限元理论、Hertz接触理论和分形理论,对变齿厚齿轮的齿面接触强度进行了比较和分析,验证了分形接触模型计算变齿厚齿轮接触应力的正确性,该模型的建立为变齿厚齿轮的设计与强度校核提供了一定的理论依据。

固体火箭发动机真实热环境下EPDM绝热层烧蚀计算与试验研究

基于Hertz弹性碰撞理论和Thornton弹塑性假设,导出了粒子碰撞炭层过程中的压痕硬度理论表达式,根据弯管试验数据和试件扫描电镜分析提出了临界速度模型,对于三元乙丙橡胶(EPDM)炭化后形成的多孔炭化结构,结合裂纹侵蚀理论提出了两相流非完全弹性碰撞多孔炭化层体烧蚀计算模型。设计了用于验证烧蚀计算模型的模拟发动机旋转过载试验,保证了模拟发动机和真实发动机的天地一致性。结果表明:在模拟发动机真实飞行过程的热环境下,计算结果与实测结果能够基本吻合。研究结果对固体火箭发动机绝热结构的设计具有工程指导意义。

Hertz理论与有限元法分析轮轨接触疲劳的差异性研究

采用Hertz理论和有限元分析软件ANSYS,对钢轨表面存在微裂纹的轮轨接触疲劳问题进行研究,在不同轴重和运行状态下,获得不同位置的裂纹尖端应力强度因子。结果表明,随着轴重的增加,应力强度因子KI增加,而KII的变化趋势因车轮运行状态的不同而不尽相同。摩擦力的存在,使得KI、KII明显增加,且明显改变KII的变化趋势;在无摩擦力时,KII所占KI的比例约为6%,纯滚动时,KII所占KI的比例达到将近20%,全滑动时,KII所占KI的比例接近50%,因此,对钢轨进行疲劳断裂机理分析时,KII明显不可忽略。由于Hertz理论不考虑材料的塑性和轮轨间的摩擦力,使得Hertz理论分析轮轨接触疲劳时有适用范围小、计算结果偏大、误差累计等缺点,而有限元法是解决复杂轮轨接触疲劳问题更有效的方法。

关于Hertz点接触理论适用范围的探讨

通过对ANSYS有限元分析解和Hertz理论解比较,可以确定ANSYS软件对接触问题分析的计算结果是能够满足需要的。通过实例分析求解,指出Hertz点接触理论的适用范围是沟曲率半径系数f≥0.54(或者密合度≤0.925 99)。

基于Hertz接触理论的齿轮接触分析

由于齿轮啮合过程中齿廓接触点曲率半径变化以及单双啮合交替的存在,而引起齿面载荷分布不均匀和冲击的问题,根据Hertz接触原理对接触模型和接触应力进行了研究.分析提取啮合线上不同啮合点的综合曲率半径,利用包络线绘制一条连续的曲率曲线,并根据该曲线生成特征曲面;利用有限元方法分别对齿轮接触、特征曲面与平板之间接触进行了接触应力分析;分析结果显示两种接触模型的接触应力分布相似度比较高,简化后的齿轮接触理论模型可为齿轮接触应力实验分析提供参考依据.

高速列车滚动轴承特征频率计算方法

针对高速列车滚动轴承的工作特点,研究了滚子在完好和损伤条件下滚动轴承的特征频率变化规律。基于赫兹接触理论结合轴承实际接触状态,分析了轴承各部件之间相互作用下变形规律,建立了虑及轴承接触部位挠度变化的特征频率计算模型,研究了转速对VA3881型滚动轴承的滚子分别在正常和损伤情况下特征频率的影响规律。研究结果表明,振动特征频率受到轴承转速的影响,特征频率会随着转速的增加而增加。通过有限元瞬态动力学仿真模型对所建立的计算模型进行验证,仿真结果与理论计算结果相吻合,证明了所建模型与仿真结果的合理性和正确性。该研究为轴承的故障诊断提供了合理的方法。

低速冲击下碳纤维面板泡沫夹芯复合材料的损伤分析

主要研究了夹层复合材料受外来载荷作用下的凹痕、横向位移、接触力随时间的变化规律.采用高阶剪切变形理论给出夹层板的广义内力表达式,再由薄板小挠度理论、Hertz接触理论、夹层板平衡方程、Navier法推导出夹层板在外来载荷作用下的动态响应过程.其中,夹层板的接触力和横向位移由两自由度弹簧-质量模型给出.将推导的结果与文献中的理论结果对比,本文计算的误差均不超过6%.并在此基础上比较了不同冲击条件下夹层板的抗冲击性能.

面向机器人打磨陶瓷洁具工艺的参数优化

针对卫浴陶瓷洁具进行抛光工艺,引入新松打磨机器人作为自动化设备实现自动化抛光打磨。结合Preston方程以及赫兹接触理论,确定了海绵轮与工件之间的相对速度,正压力是对陶瓷洁具表面质量的影响的两个工艺参数,以此建立了陶瓷洁具的材料去除理论模型;后续搭建了机器人恒力抛光平台,设计了陶瓷洁具的抛光打磨抛光工序,以其主要的两个参数为变量设计了单因素实验,得到各参数对抛光效率的关系,并为提出最佳抛光工艺参数组合做好铺垫。

基于Hertz接触理论的黑水虻幼虫碰撞恢复系数测定

为建立黑水虻幼虫与收集、输送、分离等机械工作部件间发生碰撞时的碰撞模型,基于黑水虻幼虫生物特性,应用Hertz弹性碰撞理论推导了黑水虻幼虫碰撞过程动力学方程,结合运动学方程原理构建了黑水虻幼虫恢复系数的测定装置并进行了黑水虻幼虫恢复系数测定试验。试验针对第5龄期的黑水虻幼虫,采用L_(16)(4^(4)×2^(3))混合正交试验方案研究了碰撞材料、材料厚度、下落高度、碰撞角、跌落方向、含水率等因素对黑水虻幼虫恢复系数的影响,然后对碰撞材料、材料厚度、下落高度、碰撞角、跌落方向进行单因素试验,并获得了材料厚度、下落高度、碰撞角对恢复系数的影响规律与回归方程,且方程的决定系数均不小于0.9427。试验结果表明,影响黑水虻幼虫恢复系数的因素影响由大到小为:碰撞材料、下落高度、碰撞角、跌落方向、碰撞材料厚度、含水率,其中含水率对恢复系数影响不显著。单因素试验结果可得:黑水虻幼虫与Q235钢、铝合金、有机玻璃、橡胶等碰撞材料间的恢复系数依次降低,随下落高度的增大而逐渐减小,随材料厚度的增加而逐渐增大,恢复系数随碰撞角的增大而整体呈增大趋势,且横向跌落方向大于纵向跌落方向。该文研究结果可为黑水虻幼虫收集、输送、分离等机械相关工作部件优化设计提供参考依据。

基于Hertz接触的滚珠直线导轨副接触刚度建模与分析

为建立滚珠直线导轨副接触刚度模型,基于Hertz接触理论对滚珠和滚道的接触面进行了力学与变形分析.考虑了承载前后滚珠接触角的变化,得到了单个滚珠所受接触力与弹性变形之间的关系,在此基础上得到整个导轨所受外载荷同弹性变形的关系.以NSK滚珠直线导轨为研究对象,对所建立的模型进行仿真分析.计算了导轨在不同预紧力情况下的临界载荷,分析了外载荷在临界载荷前后导轨刚度变化情况,通过对比NSK官网相关资料验证了所建模型及理论分析的合理性.

基于Hertz接触理论的混凝土表层性能的检测方法

提出了一种混凝土表层性能的检测方法,该法基于弹性动力学中的Hertz接触理论,通过安装在钢球上的加速度传感器积分求取钢球敲击混凝土构件表面时的接触时间来推算混凝土表层的弹性模量,进而评价混凝土表层的状态,并且分析了该检测方法测试混凝土表层的深度范围。分别在水灰比为35%、50%、75%和100%的四个混凝土试块的上表面和侧壁进行试验验证,并与室内单轴压缩试验的结果对比,试验结果证明本方法能准确地判断出不同状态混凝土构件的表层性能。若通过一定试验的标定建立弹性模量与强度的关系,则可以进一步用来推算混凝土的强度。

刚体碰撞的Hertz接触力模型比较分析

对以Hertz接触理论为基础的四种接触力模型进行了比较分析,并通过两球一次对心碰撞过程数值模拟结果来进一步说明不同接触力模型的特性,仿真结果表明:与纯弹性接触力模型相比,Hunt-Crossley(H-C)接触力模型、Lankarani-Nikravesh(L-N)接触力模型以及Flores接触力模型由于考虑了碰撞过程中的能量损失,因此更加符合实际碰撞情形。此外后三种接触力模型中,H-C接触力模型和L-N接触力模型更适合用来处理大恢复系数的碰撞问题。在分析间隙机构的动力学特性时,可以为接触力模型的合理选择提供依据。

基于Adams与RecurDyn的机械结构Hertz接触仿真对比分析

接触仿真是让多体动力学仿真软件能够更加真实的模拟机械系统的运动状态和受力情况的重要环节之一。为了得到多体动力学仿真软件Adams和RecurDyn在进行机械结构的Hertz接触问题仿真时的区别,对比了两种软件接触仿真的算法,运用Creo2.0建立了两种经典机构的虚拟样机,并针对某型越障小车的定轴轮系进行数字化建模,对这三种机构的Hertz接触问题分别运用Adams和RecurDyn进行了仿真,得到了运动状态曲线和接触力曲线,对比了仿真结果。仿真结果给进行Hertz接触问题分析的学者提供了参考。

基于Hertz-Zener理论的声发射颗粒粒径测量

搭建了一套可同时测量碰撞速度和声发射信号的装置,利用宽带声发射传感器高速采集5种不同粒径玻璃微珠碰撞钢板的声发射信号,经Welch算法计算功率谱发现声发射信号均主要集中在50～400kHz频段,且随着粒径增大,频谱分布往低频区域迁移;基于Hertz-Zener理论并引入频谱估算近似式,利用光学互相关法测量碰撞速度,将理论估算频谱和实测信号功率谱作归一化处理后,采用最小二乘法估算出玻璃微珠的粒径,3#(300～400μm)和4#(400～600μm)玻璃微珠的粒径估算结果和CAMSIZER仪器测得值吻合较好,并分析了导致其他粒径估算产生偏差的原因。实验证实了该方法的可行性和有效性,同时为实现颗粒粒径分布测量提供了新思路。

6061铝合金棒滚压工艺及表面成形精度调控研究

目的针对6061铝合金棒滚压成形工艺,研究不同滚压工艺参数对影响表面成形精度的接触深度与回弹量的影响规律。方法基于弹塑性理论,通过耦合滚压力、滚压球半径、工件半径等关键工艺参数,建立修正Hertz接触预测数学模型,结合有限元数值模拟方法对接触深度与回弹量进行分析,并利用由滚压成形实验得到的塑性变形深度验证所构建预测数学模型的准确性。结果当滚压力为400、500、600 N时,塑性滚压深度为33.99、44.32、52.78μm;滚压速度的变化对塑性滚压深度的影响不大,当滚压速度从500 r/min增至700 r/min时,塑性滚压深度变化不足2μm。理论分析结果与仿真结果及实验结果的误差分别为11.1%及10.9%,验证了修正Hertz接触数学模型的准确性。结论滚压力的变化直接导致塑性滚压深度变化且塑性滚压深度与滚压力呈线性关系,滚压速度的增大对材料塑性滚压深度的影响甚小。通过修正后的Hertz接触预测数学模型能有效预测6061铝合金棒被滚压后的表面成形精度,且滚压力是影响6061铝合金棒成形精度的主要因素。

基于弹塑性修正Hertz接触理论的落石冲击力计算方法

本文以弹塑性修正的Hertz接触理论为基础,考虑落石冲击缓冲层过程的复杂性和缓冲层厚度的影响,结合路基规范方法的落石冲击深度公式,得出落石最大冲击力计算方法。以日本道路公团方法计算结果上浮40%为基准值,引入参数影响系数ζ,拟合出参数影响系数ζ多项式函数,采用S.Kawahara等教授的试验结果,对杨其新方法进行修正,拟合出其高值(h=0.5m)与低值(h=3.0m)比值的多项式函数。本文方法与陈氏方法进行比较得知:陈氏方法的最大冲击力低值稍高于本文方法,其范围为1.05～1.02(H=5～30m)。运用布西涅斯克解,推导出了落石冲击荷载作用于拦石墙背部的附加应力计算公式,为拦石墙构筑物的结构设计打下了理论基础。

Reshaping force for deformed casing repairing with hydraulic rolling reshaper and its influencing factors

Hydraulic rolling reshaper is an advanced reshaping tool to solve the problem of casing deformation,which has been widely used in recent years.When it is used for well repair operation,the reshaping force provided by ground devices is generally determined by experience.However,too large reshaping force may destroy the deformed casing,and too small reshaping force may also prolong the construction period and affect the repairing effect.In this paper,based on Hertz contact theory and elastic-plastic theory,combined with the process parameters of shaping,and considering the structural characteristics of the deformed casing and reshaper,we propose a mathematical model for calculating the reshaping force required for repairing deformed casing by hydraulic rolling reshaper.Meanwhile,the finite element model and numerical method of hydraulic rolling reshaper repairing deformed casing are established by using the finite element method,and the reliability of the mathematical model is verified by several examples.On this basis,the control variable method is used to investigate the influence of each parameter on the reshaping force,and the influence degree of each parameter is explored by orthogonal simulation test and Pearson correlation analysis.The research results not only provide an important theoretical basis for the prediction of reshaping force in on-site construction,but also provide a reference for the subsequent improvement of the shaping process.

非Hertz接触齿轮设计理论与方法

Hertz接触认为接触表面是静止的、光滑的、没有润滑的,是一种理想的接触状态。实际齿轮接触表面是有一定粗糙度的、有润滑的、相对运动的,所以实际齿轮的接触是一种非Hertz接触。基于弹流润滑理论,提出一种新的齿轮设计理论与方法——非Hertz接触齿轮设计理论与方法,该理论和方法综合了影响齿轮接触强度和润滑的各种因素,保证齿轮同时满足强度与弹流润滑的双重要求。给出了圆柱齿轮的设计公式,并通过大量工程实例对新的设计理论和方法进行了检验,结果表明,所提出的非Hertz接触齿轮设计理论与方法完全可以用于齿轮的工程设计,满足工程实际需要,特别是对高速重载齿轮设计具有重要的理论意义和实用价值。