Influence of Interference Fit and Surface Roughness on Contact Resistance of Tubing Connections

Within offshore installations, making tubing connections conduct electricity is a developing interest. Being able to use tubing structures to carry the drive power needed downhole avoids installation of cables and lines. The challenge is making the connection good enough with minimum possible power loss. At the same time, the connection has to secure the transfer of the rated power without any danger of overheating. An overheating can eventually result in a welded connection. Previous studies on contact design have mainly focused on low level contact force, while this study aims to find out the influence of surface roughness and connection strength, at macro level, on contact resistance of tubing connections so as to know the power transfer capability of the connection. First, the connection is simplified by ＂rolling out＂ the tubes to flat sheet metals and the voltage drop at rated current was measured at various loads. Then experiment was conducted on contact pairs with two different surface finish qualities and three different contact fits. The results show that smoother surfaces ease the flow of current while high interference fit increases the contact stability. The influence of surface topography becomes insignificantly low at high connection interference.

磁控表面粘附性能的研究型实验教学设计与实践

该文将磁控表面粘附性能研究作为探究型创新实验教学项目融入设计力学课程。针对湿环境下粘附难以调控的问题,设计了一种由磁场控制、制备简单、可调节粘附力的智能表面,并针对此表面进行了湿粘附力实验装置设计和力学分析。结果表明,对该表面通过施加不同的磁场强度、方向、载荷,会使表面微结构发生变化,进而影响润湿状态,使得粘附过程的接触角和接触半径发生改变,最终使表面分别处于低粘附态和高粘附态。该实验通过对磁控表面的设计与分析,有利于学生进一步了解智能粘附概念,有利于提高创新实践能力。

环形接触面摩擦半径的两种计算方法比较

环形接触面在机械工程中应用十分广泛,在机械设计中通常需要对环形接触面的摩擦力矩进行计算。摩擦力矩的计算关键在于摩擦半径的确定,很多时候为计算方便,把环形接触面摩擦半径视为内圆半径和外圆半径均值的平均摩擦半径;而有些设计手册却给出与之截然不同的等效摩擦半径的计算公式。针对这个问题,建立接触面摩擦力矩的力学模型,采用力矩积分手段推导出了与手册中给出的等效摩擦半径相同的结果。对两个公式进行了比较,并对平均摩擦半径导致的误差进行了评析,为环形接触面摩擦半径公式的选用给出了建议。

高转速动力涡轮盘间螺栓连接结构稳健性分析

针对动力涡轮间螺栓连接结构在实际工作载荷环境中可能出现的稳健性问题,提出了螺栓连接结构稳健性评估方法,分别从有效接触面状态系数、接触应力等方面评估连接界面在外载荷作用下的接触特性变化。以大功率涡轴发动机动力涡轮转子多级轮盘间螺栓连接结构为例,应用提出的连接结构稳健性评估方法,发现工作载荷环境下界面有效接触面积小于20%且最大接触应力超过500 MPa,稳健性较差。在此基础上,深入分析了3种典型几何构形对连接界面径向变形、角向变形、接触面状态及损伤的影响,总结了不同构形盘间螺栓连接结构的力学特性随转速的变化规律,凝练出盘间−螺栓连接结构在高转速下其连接稳健性更具优势。应用提出的稳健设计方案,对大功率涡轴发动机动力涡轮转子间螺栓连接结构进行优化设计及稳健性评估。结果表明:工作状态下界面有效接触面积占比超过65%,最大接触应力265 MPa仅为原始方案的1/2左右,验证了该方案在提高接触面状态系数和降低接触应力具有显著效果。

汽车门外板模面精细化设计研究与应用

以某车型汽车门外板为研究对象,分析了表面质量缺陷、材料减薄、接触距离、结构强度等因素对制件成形质量的影响,根据分析结果进行模面精细化设计应用,并验证了其有效性,缩短了模具制造周期,提升了制件品质。

变双曲圆弧齿线圆柱齿轮修形设计及承载接触分析

为提高变双曲圆弧齿线(variable hyperbolic circular arc toothtrace,VHCATT)圆柱齿轮承载能力和改善其动态特性,提出齿面修形设计方法,即齿线方向的刀盘倾斜法和齿廓方向的抛物线修形刀刃法。首先,根据齿轮啮合原理和变双曲圆弧齿线圆柱齿轮修形齿面成形原理,推导修形齿面方程,利用软件MATLAB和UG实现齿面重构;其次,通过齿轮几何接触分析,计算齿面间隙,同时利用有限元法计算接触点柔度矩阵,进而建立承载接触非线性数学规划模型,获取轮齿承载啮合特性;最后,分析刀盘倾角、抛物线系数与抛物线顶点位置对修形齿面载荷分布与承载传动误差的影响。研究结果表明:取值合理的刀盘倾角和抛物线顶点位置可有效降低齿面载荷与改善系统承载传动误差特性;取值合理的抛物线系数可改善单齿和双齿啮合交替时的载荷突变情况。研究结果为变双曲圆弧齿线圆柱齿轮的动态设计和工业应用提供了理论基础。

五坐标数控龙门加工中心动态优化设计

在大型高架桥式、高速、高精度五坐标龙门加工中心的动态设计中,通过动态测试的方法获得导轨结合面的特性参数并将其应用到数字仿真模型中,提高了模型的精度;在加工中心的结构优化设计过程中,提出了灵敏度分析法和基于动刚度的结构优化法,对主要部件的内部筋板结构进行了与传统方法不同的设计,提高了加工中心的动静态特性;针对加工中心在工作过程中不可避免的共振问题,巧妙利用机床的附属设备设计了抑制振动的调谐阻尼器。

点接触齿面在控制误差敏感性条件下的二阶参数设计

推导出了点接触齿面接触点位置对安装误差敏感性的计算公式,并通过具体计算实例说明了齿面二阶参数对误差敏感性的影响;所获得的误差敏感性计算公式可作为以主动设计齿面参数进行误差敏感性控制的基础.

点接触齿面的安装误差敏感性研究

提供一组显式表达的点接触齿面的接触点位置对安装误差敏感性的计算公式 ,实例计算表明 ,计算结果与实验结果一致。这组误差敏感性计算公式既是误差敏感性分析的基础 。

高架桥式高速五坐标龙门加工中心动态仿真与结构优化

在大型高架桥式、高速、高精度五坐标龙门加工中心的动态设计中,通过动态测试的方法获得导轨结合面的特性参数,并将其应用到数字仿真模型中,提高模型的精度。在结构动态分析中采用刚体与柔性体结合的仿真方法,对加工中心的关键部件进行柔性化,分析其对系统相应的影响,并在此基础上对这些主要部件进行结构优化设计,提高系统的动态特性。

高速高精度卧式加工中心动态优化设计

在高速、高精度卧式加工中心的动态设计中,通过动态测试的方法获得导轨结合面的特性参数并将其应用到数字仿真模型中,提高了模型的精度。在加工中心的结构优化设计过程中,提出了基于ICM法的结构拓扑优化,对主要部件的拓扑优化设计,提高了加工中心的动静态特性。针对加工中心在工作过程中不可避免的共振问题,巧妙利用机床的附属设备设计了抑制振动的调谐阻尼器。

转子系统套齿结构动力学设计方法研究

对转子系统套齿结构进行了动力学分析,运用接触有限元方法建立了转子系统套齿结构的计算分析模型;研究了定位面间距、定位面配合紧度和接触面积等结构参数以及载荷对套齿结构连接刚度和接触状态的影响规律;在此基础上提出了套齿结构的动力学设计方法,包括连接刚度设计方法和接触状态设计方法;对某型发动机涡轮转子套齿结构进行了计算与分析,验证了所提出的套齿结构动力学设计方法的可行性。

基于响应曲面法的双Y形密封圈接触压力分析及优化设计

为改善双Y形密封圈在井底高温、高压工况下的密封性能,建立双Y形密封圈的二维轴对称模型,采用有限元分析软件ANSYS分析初始压缩量、润滑油压力以及润滑油与泥浆压差对双Y形密封圈密封面处接触压力的影响。结果表明:密封面处的最大接触压力随着润滑油压力的增加而增加,在不同润滑油压力下,最大接触压力始终大于润滑油压力,能够形成良好密封;随着初始压缩量的增加,最大接触压力逐渐减小,因此在保证形成良好密封的前提下,适当减小初始压缩量可以提高密封性能;随着压差的增加,最大接触应力先增加后减小最后趋于平缓。基于响应曲面法,以获得接触面最大接触压力为优化目标,对双Y形密封圈进行优化设计,得到其最佳优化组合方案。

点接触齿面啮合分析的基本公式及其应用研究

建立了一个包含四个安装参数和一个转角参数在内的点接触齿面副啮合分析的数学模型 ,并导出了一组基本公式。这些公式适用于齿面啮合的任何接触点。利用这些公式一方面能够计算分析已知点接触齿面副的啮合性能 ,而且比用TCA要方便快速得多 。

不同粗糙面渐开线齿轮混合弹流润滑

为了解决具有旋转和轴向2个方向速度的胶印机窜墨辊渐开线圆柱直齿轮的润滑问题,构建了一种基于有限长线接触的混合弹性流体动压润滑模型,对不同粗糙面类型的齿轮润滑进行数值模拟。在几何分析基础上,根据混合弹流理论建立了齿轮系统的控制方程。对控制方程进行无量纲化和离散化后,采用高效的多重网格算法进行数值求解,获得了不同速度比、粗糙面类型的油膜压力分布、膜厚分布、综合摩擦因数和粗糙面承载率。研究结果表明:直齿轮的轴向速度加剧了齿端的应力集中;粗糙面类型对齿轮润滑有重要影响;没有轴向速度时,纵向粗糙面的齿端压力最大,达到593.1MPa,有轴向速度时,纵向粗糙面的压力升高值最小,只有188.7MPa;同时发现,轴向速度和粗糙面类型都对摩擦因数有影响。

渐变形面膝关节假体设计及接触应力分析

目的研究膝关节假体形面轮廓对假体关节面间接触应力的影响。方法基于MRI(magnetic resonance imaging)图像采集建立多角度正常膝关节模型。依据自然膝关节的解剖结构,从中提取出个体膝的结构尺寸及形面特征,设计出渐变形面的膝关节假体,按照全膝关节置换手术的规范流程建立植入渐变形面假体后的全膝三维模型,并通过有限元分析,比较植入假体后对股骨/胫骨关节面等效应力的影响。结果植入渐变形面的假体膝在屈曲角度0°~60°时对于髁面的应力分布影响不大,但大于60°,尤其是80°时,应力分布变化明显;另外,对内/外侧髁面的最大等效应力有较大的改变。结论在膝关节假体的设计建模中,尽量重现人体关节构造,益于保证置换后整个膝关节的协调运作。整个设计过程及方法对于完善和改进假体的设计具有重要的参考意义。

基于响应面法的齿轮容差设计方法研究

随着附件传动系统不断向高速、重载方向发展,齿面接触可靠性问题越来越受关注。为提高齿轮可靠性,分析了齿轮传动系统常见误差类型及影响,开展了齿轮容差设计初步探讨。根据齿轮制造、加工及系统动态误差的产生原理和作用方式,基于齿轮接触应力仿真结果,确定了影响齿轮接触应力随机性的5种主要误差形式及其特征量分布规律,提出了基于响应面法的齿轮容差设计方法,给出了齿轮系统公差设计的改进方向:在进行齿轮公差设计时,重点控制H、V方向的轴向平行度公差。

海上热采井下工具全金属密封结构设计及应用

随着海上稠油热采进入规模化开发阶段,配套工艺体系逐渐完善,现有的井下工具密封材料和结构不能满足井下工具高低温工况下长期密封的需求。为此本文提出了全金属密封结构设计,对于井下工具固定连接件之间的静密封采用弹性力学厚壁理论和Hertz接触理论建立了球-锥、锥-锥接触应力分布模型,设计了“内球外锥”的密封结构,并对锥角、球面直径等关键参数进行了优化设计;对于热采井下工具运动部件设计了采用金属密封环的全金属滑动密封结构形式,并使用室内试验的方法优化了配合尺寸。在高温排气阀中使用了全金属密封结构,室内多轮次高低温试验和现场试验结果表明,全金属密封结构动作可靠、在高低温工况下能够长效密封,适合在海上热采井下工具中推广使用。本文研究的全金属密封机构针对海上热采井下工具密封难题提供了完整的解决方案,为后续海上热采井下工具系列化标准化的发展奠定了基础,推动海上稠油热采规模化开发安全高效实施。

低表面能海洋防污涂料的配方复配

以国内低表面能高分子材料为基料,采用配方复配方法制备出一系列的环保型海洋防污涂料。利用接触角测量仪、扫描电子显微镜对产物进行了表征。结果表明:溶剂类型对涂料的漆膜性能存在较大的影响;而涂料中的颜料体积浓度(PVC)是影响涂料漆膜表面张力的主要因素。在临界PVC值时,涂料漆膜的表面张力最大,而在临界PVC值两侧,涂料漆膜的表面张力减小。

第七届全国大学生结构设计竞赛作品创新特色浅析

文章在对第七届全国大学生结构设计竞赛的参赛作品进行系统总结基础上,将作品按与地面接触形式分为面接触式、线接触式和点接触式3类,每类作品分别选择1到3个代表性作品介绍其结构构成、创意点和关键部位制作工艺。可为类似结构的设计和模型制作提供参考。