基于摩擦和温度修正的Ti-6Al-4V钛合金热变形本构模型建立

Ti-6Al-4V是民航客机应用最广泛的中高强度钛合金,在锻造领域,数值模拟准确性依赖于高准确度的材料模型.本工作基于热压缩模拟方法,在不同变形温度(750、800、850、900和950℃)和应变速率(0.001、0.01、0.1、1和5 s^(-1))下,针对变形量为60%的Ti-6Al-4V合金,考虑鼓度因素影响,对真实应力-真实应变曲线进行了摩擦和温度修正,并进一步构建了该工况条件下的本构模型.对比实验结果,修正后的流变应力值低于实际测量值,且随着应变量和应变速率的提高、变形温度的降低,二者之间的差值也逐渐增大.本工作分别建立了Ti-6Al-4V双曲正弦式以及用Z参数表达的材料本构模型.真实应力应变曲线的摩擦和温度修正对提高材料模型的准确性具有指导意义,同时对提高数值模拟精度具有参考价值.

修正黏性摩擦的LuGre模型的摩擦补偿

为提高高速条件下开放式伺服系统的动态性能,对传统LuGre摩擦模型的黏性摩擦进行了修正,并提出一种以修正模型为基础的摩擦前馈补偿方案.根据速度较高时,摩擦力矩随速度增加其增长趋势减缓的现象,建立了LuGre修正模型;分别对传统模型和修正模型进行参数辨识,利用2种辨识后的模型分别进行摩擦前馈补偿,分析其补偿效果.实验结果表明:修正模型对系统摩擦力矩的最大估计误差为0.0017N.m,优于传统模型的0.023N.m;与基于传统模型的摩擦补偿相比,基于修正模型的摩擦补偿时,系统稳态误差得到进一步的控制,加速运动时由±9μm降低到±5μm,正弦运动时由±12.5μm降低到±8μm.采用该补偿方案可有效地抑制摩擦干扰对伺服系统的不利影响,提高伺服系统的跟踪性能.

基于修正Stribeck模型的摩擦补偿策略

针对传统Stribeck摩擦过补偿导致出现过零点处速度波动大、跟踪误差较大的问题,提出一种修正Stribeck模型。采用位置微分信号滤波后作为模型速度输入,在零速范围内引入修正因子,修正补偿值,削弱过补偿效果,加快系统低速换向时的速度响应,从而减小系统过零点速度波动及位置跟踪误差。在自主开发的单轴控制系统上对所提出的模型进行研究与验证,实验结果表明,采用修正Stribeck模型补偿后,系统低速换向时的速度波动及跟踪误差减小。

基于修正LuGre模型的反步自适应摩擦补偿控制

LuGre模型是一种常用的对伺服系统进行动态摩擦建模和补偿的模型。基于一种改进的LuGre模型,建立了伺服系统模型;利用反步自适应控制算法得到系统控制律,并构造Lyapunov函数证明了系统的稳定性;将控制结果方面与传统的前馈PID固定摩擦补偿算法进行比较。仿真结果表明该方法能有效降低摩擦因素的不利影响,且比传统的控制算法具有更高的跟踪精度。

Coulomb干摩擦模型与LuGre摩擦模型的分析与比较

分析比较Coulomb干摩擦模型和LuGre摩擦模型的特点。Coulomb干摩擦模型形式简单,能较好地反映stick-slip运动状态的切换,但不能反映对系统动态响应有直接影响的不同的摩擦现象,且其不连续性也给数值仿真带来了困难。LuGre摩擦模型能捕捉滑动速度变化时摩擦力的变化,使其适用于stick-slip运动的研究,然而其参数的确定十分困难,且在数值计算时需要取较小的步长才能进行求解,计算效率较低。分别应用这两种模型仿真分析含摩擦滑移铰平面刚体的stick-slip现象,通过具体算例对数值方法进行说明,并给出了结论。

考虑摩擦化学反应的活塞环-缸套摩擦力计算模型修正及验证

通过MFT—3000往复摩擦磨损试验机进行了活塞环—缸套摩擦副边界润滑状态下摩擦化学膜摩擦系数的测量。首先,通过适用于试验机的润滑仿真模型得到了能够出现边界润滑状态的工况范围,完成了试验工况的初步筛选,并通过试验对此范围的合理性进行了验证。然后,设置空白对照试验保证试验过程中能够生成摩擦化学膜。最后,通过多因素(载荷、频率及添加剂质量分数)试验测量了活塞环—缸套边界润滑状态下摩擦化学膜的摩擦系数。基于试验结果,在原有摩擦力计算模型的基础上,考虑了摩擦化学膜的影响,补充了边界润滑状态下摩擦化学膜的摩擦系数。结果表明,修正后的摩擦力计算结果更接近试验结果,其平均摩擦力的计算精度提高了9.17%。

闸片摩擦块排列方式对高速列车制动盘磨损深度的影响

制动盘的摩擦磨损是高速列车盘式制动工作失效的重要原因,且摩擦块的排列方式是影响制动盘最大磨损深度的重要因素。为研究摩擦块排列方式对制动盘最大磨损深度的影响,考虑摩擦温度、接触应力和相对滑移速度在制动过程发生变化,基于Archard磨损模型进行修正,利用ANSYS有限元仿真软件,建立制动盘-闸片三维瞬态模型,采用列车在通过42号道岔紧急制动时的工况,仿真计算不同摩擦块排列方式下制动盘摩擦面的最大磨损深度。分析最大接触应力,提出“应力磨损因子”参数,用来表征应力对最大磨损深度的影响。提取径向节点磨损深度,分析摩擦表面的磨损形貌,给出摩擦块不同排列方式对制动盘磨损深度的影响规律。研究成果为改善制动盘磨损提供理论依据和新的思路,为今后铁路制动系统闸片结构的设计提供借鉴。

干摩擦力影响下振动主动控制系统模型的修正。

在利用电磁作动器对微型盘进行振动主动控制的试验中,发现电磁执行装置中的干摩擦力对控制效果有相当大的影响,为此分析了干摩擦力对隔振系统的影响,得出了基于干摩擦力影响下的振动主动控制系统模型,并结合算例分别对考虑干摩擦影响和不考虑干摩擦影响的情况进行了仿真。仿真结果证实:干摩擦力对振动主动控制的效果有着重要不良影响,如果不能正确考虑其在控制系统模型中的作用,将会导致一些错误的发生,乃至控制系统失控。

中国该如何应对中美贸易摩擦?——基于修正的IS-LM-BP模型

基于经济事实,结合宏观经济学理论和计量实证方法对我国的IS-LM-BP模型进行修正,得出我国的IS、LM曲线皆向下倾斜而BP曲线向上倾斜且较为陡峭的结论。利用该模型考察中美贸易摩擦对我国经济的冲击及其传导路径,研究发现:中美贸易摩擦冲击使我国IS曲线左移,并传导到货币和国际贸易市场,最终导致我国国民产出下滑,国内利率与人民币汇率同步下降。最后得出应对当前贸易摩擦我国货币政策效果不显著、应采取扩张的财政政策促进贸易平衡的结论,并提出推进国内产业升级转型、加快人民币全球化、继续开放二胎生育政策和积极参与WTO的机制建设等相关政策建议。

数值模拟静态应力扰动下的断层失稳:结果分析兼与Dieterich模型和Coulomb模型的对比

基于大量岩石力学实验,Dieterich和其他研究者(Dieterich,1978;Ruina,1983)首先提出了描述岩石摩擦过程的速率-状态摩擦定律(R-S摩擦定律).如今R-S摩擦定律已成为研究地震成核等地震演化机制的有效手段.Dieterich(1992,1994)最早提出了描述受静态剪应力扰动后断层失稳时间提前或推后的余震触发机制的解析模型.现在Dieterich模型已经成为解释余震随时间衰减规律的Omori定律等地震观测现象的有力工具.与之相对应,广泛使用的Coulomb应力失稳模型也可以给出断层受到静态剪应力扰动后,断层失稳时间的提前和推后量.Dieterich模型和Coulomb应力失稳模型基于不同的物理方法,所以在进行地震危险性评估时,二者均有各自的局限性.本文利用R-S摩擦定律控制的1-D弹簧-滑块模型,模拟计算了理论地震循环以及在不同静态剪切应力扰动下,失稳时间的提前和推后量的变化情况,然后将计算得到的时间提前和推后量分别与Dieterich模型和Coulomb模型的相应计算结果进行了定量化对比和差异性分析,并给出了相应的解释.数值模拟结果显示,对于R-S摩擦定律在参数不变的条件下,断层模型失稳时间的提前和推后量的大小强烈依赖于静态剪应力扰动的大小和作用时间,而且绝对值相同的正、负向静态剪应力扰动造成的失稳时间的提前和推后量的变化情况并不完全一致.在震后松弛/滑移阶段和闭锁阶段,时间提前和推后量是常数,且随静态剪应力扰动绝对值的增大而增大,两者的比值接近于1.0,这与Dieterich模型和Coulomb模型的结果是一致的,相应的差值小于两模型结果的10%.而在自加速阶段,模拟计算结果则存在与Dieterich模型和Coulomb模型结果不同的特征.首先,在自加速阶段模拟计算结果均偏离Coulomb模型,而且时间提前和推后量的比值小于1.0,相异于Coulomb模型的论断.不过当受到正向静态剪应力扰动后,Dieterich模型的结果和模拟计算结果是一致的,最大相差量不超过Dieterich模型结果的7%,可接近0.对于负向静态剪应力扰动,当其绝对值较小时,Dieterich模型的结果很接近模拟计算结果,相差量不超过该结果的14%.但对于绝对值较大的情况,模拟计算结果远大于Dieterich模型的结果,最大可达Dieterich模型结果的35倍,这是由于负向静态剪应力扰动后使得Ω=δ·θ/dc1的条件不再成立,进而使得Dieterich模型不再成立.总的来说,与模拟计算相比Dieterich模型可以很好地描述1-D断层受扰后失稳时间提前和推后量的变化情况,并且可以体现出正、负静态剪切应力扰动后失稳时间提前量和推后量变化的差异性,而Coulomb模型则不能完整地给出受到静态剪应力扰动后断层失稳时间提前或推后的估计值.

金属热成形中考虑界面摩擦及传热的模具磨损模型研究

基于Archard磨损模型,提出了考虑接触面摩擦及传热的修正Archard磨损模型,对DEFORM 3D V6.1进行二次开发,将该修正的磨损模型嵌入有限元软件模拟真实挤压成形过程,分别在坯料的初始温度、模具的预热温度、接触界面传热效应、成形速度等不同条件下对热挤压模具的磨损量进行计算,结果表明,该修正Archard磨损模型能较好地预测热成形模具磨损情况、模具失效及模具寿命。

考虑表面粗糙度及摩擦热的冷挤压模具磨损模型研究

基于Archard磨损模型,提出了考虑表面粗糙度及摩擦热的修正Archard冷挤压模具磨损模型,对DEFORM 3D V6.1进行二次开发,将该修正的磨损模型嵌入有限元软件模拟真实冷挤压成形过程,进行了挤压过程中冲头及凹模的磨损分析,得到了冲头及凹模磨损最严重的区域。通过对比分析,研究了模具表面形貌、摩擦热及相对滑动速度对模具磨损量的影响,计算结果表明,使用修正的磨损模型预测模具寿命与试验结论具有较好的一致性。该考虑表面粗糙度及摩擦热的修正Archard冷挤压模具磨损模型,能较好地预测冷挤压模具磨损的情况,有利于更好地预测冷挤压模具使用寿命及失效时间。

空间连杆引纬机构的刚柔耦合磨损分析

为准确预测空间连杆引纬机构间隙磨损机制,通过结合Lankarani-Nikravesh与Bai碰撞力模型,建立可变刚度与阻尼系数非连续接触碰撞力模型,采用改进的Coulomb摩擦力模型描述含间隙机构旋转铰的切向摩擦力,通过Lagrange方法对系统动力学建模;其次选取空间连杆为柔性化对象,综合Ansys与Adams分析,对空间连杆引纬机构进行刚柔耦合动力学仿真;最后将系统的动态仿真响应结果与Archard模型相结合,求解运动副磨损情况。结果表明:柔性构件可以有效缓解机构间隙碰撞的冲击作用,间隙为0.15 mm条件下,剑头加速度振荡最大幅值缩减53.2%;当间隙升至0.5 mm后,虽磨损范围大幅增加,但间隙磨损深度并未随之大幅提升。

基于弹流润滑的直齿轮动态效率模型及验证

分析基于弹流润滑状态的直齿轮啮合特性及规律,考察摩擦因子、载荷分配及油膜厚度等关键因子的计算公式,建立基于MATLAB/Simulink的机械动态效率数学模型.以1对齿轮沿啮合线从啮入到啮出为1个周期,将啮合区间划分为4部分分别进行平均滑动摩擦和滚动摩擦功耗的积分计算,同时为表征实际情况中润滑油粘度变化带来的影响引入润滑油粘度变化修正因子.仿真结果与试验数据及已有数学模型的对比分析验证了所建动态效率模型的准确性.

基于摩擦修正的TC6钛合金低应变速率大变形本构模型建立

采用Thermecmastor-Z100kn热模拟试验机对TC6钛合金进行了低应变速率大变形热压缩试验,获得了变形温度范围为900~945℃、应变速率范围为0.0001~0.1 s^(-1)、变形程度为70%时的真应力-真应变曲线。分别使用传统摩擦修正模型与改进摩擦修正模型对真应力-真应变曲线进行修正,并建立了基于摩擦修正的应变补偿型Arrhenius模型。结果表明:改进摩擦修正模型能更好地表征材料在大变形状态下的真应力-真应变动态响应。经摩擦模型修正的应变补偿型Arrhenius模型相线性相关度较高,平均绝对误差较小,预测值精度较高。

基于摩擦修正的单真空300M超高强度钢本构模型

为研究单真空300M超高强度钢高温流变行为及制定合理的热加工参数,采用Gleeble-3800热模拟实验机在应变速率为0.01~10 s^(-1)、温度为850~1200℃下进行热压缩实验,研究其流变应力与变形温度、应变速率和变形量等参数的关系,并考虑了在圆柱试样压缩变形过程中摩擦对流变应力的影响,建立了基于摩擦修正的Arrhenius本构模型。采用热压缩实验测量试样流变应力时,试样上、下端面与实验机压头之间的摩擦不可忽视,经摩擦修正后可获得更加精确的材料高温流变应力;材料的流变应力与变形温度呈负相关,与应变速率呈正相关;材料的峰值应力对变形温度和应变速率均具有较高的敏感性,但对应变速率的敏感指数更高。

解三维摩擦接触问题的一个二阶锥线性互补法

针对三维摩擦接触问题的求解,给出了一种基于参变量变分原理的二阶锥线性互补法。首先,基于三维Coulomb摩擦锥在数学表述上属于二阶锥的事实,利用二阶锥规划对偶理论,建立了三维Coulomb摩擦接触条件的参变量二阶锥线性互补模型,它是二维Coulomb摩擦接触条件参变量线性互补模型在三维情形下的自然推广;随后,利用参变量变分原理与有限元方法,建立了求解三维摩擦接触问题的二阶锥线性互补法。较之于将三维Coulomb摩擦锥进行显式线性化的线性互补法,该方法无需对三维Coulomb摩擦锥进行线性化,因而在保证精度的前提下所解问题的规模要小很多。最后通过算例展示了该方法的特点。

泡沫铝/聚氨酯复合材料摩擦阻尼器性能试验研究

基于泡沫铝/聚氨酯复合材料(aluminum foam/polyurethane,简称AF/PU)是一种同时具有铝材料的摩擦性能和聚氨酯的黏弹性的复合材料,由此研制出一种能够发挥黏弹性阻尼器和摩擦阻尼器各自耗能特点的泡沫铝/聚氨酯复合材料摩擦阻尼器(AF/PU摩擦阻尼器),并对该阻尼器进行位移幅值、频率等相关性的性能试验和疲劳性能试验。以最大输出力、刚度和阻尼比为指标,研究该阻尼器的性能规律,采用修正的Bouc-Wen计算模型模拟其滞回曲线,并对比模拟结果和试验结果。研究结果表明:AF/PU摩擦阻尼器的滞回曲线饱满,具有较高且稳定的阻尼比。该阻尼器的力学性能随位移幅值和循环次数的增加而呈现分阶段性,但是加载频率的影响却较小,该阻尼器是一种典型位移幅值相关的变刚度摩擦阻尼器。修正的Bouc-Wen模型的模拟结果与试验结果二者吻合良好。

端部摩擦对应变局部化影响的数值模拟

运用FLAC3D软件在平面应变状态下对不同高宽比粘土试样的应变局部化进行了数值模拟研究,得到了满意的局部化剪切带图案,分析了由于摩擦而产生的端部约束对不同高宽比土样应变局部化的影响。

摩擦因素对结合面法向接触状态的影响

基于综合考虑微凸体完全弹性、弹塑性和完全塑性的三维接触分形理论,并引入微接触点域扩展因子,进而考虑摩擦的影响,建立了修正的结合面法向接触模型。该模型的仿真研究结果表明,摩擦的影响使得临界弹塑性接触面积增大,从而使变形机制中弹塑性变形和塑性变形的比例增大;在相同的真实接触面积下,考虑摩擦因素影响所对应的接触载荷比不考虑摩擦因素影响所对应的接触载荷较小,且随真实接触面积的增大两种情况下所对应的接触载荷之间的差距将逐渐变大。同时还分析了不同参数条件对法向接触状态的影响。