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。

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。

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。

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。

基于Hertz理论的泥石流大块石冲击力修正计算

为合理确定泥石流块石对构筑物的冲击力,以Hertz接触理论和结构力学为基础,建立泥石流大块石对桥梁的冲击模型,量化冲击系统中对象的材料特性、相对尺寸大小及结构变位对冲击力的影响,导出泥石流大块石冲击力修正计算公式.结果表明:材料修正系数在0.20~0.45之间,其值与材料屈服强度Y成正比,与冲击系统的等效模量E呈反相关关系;球径比修正系数随构筑物尺寸的增大先迅速增大而后平稳增长;结构变位修正系数受墩顶约束及冲击位置双重影响.将提出的计算方法应用于登基沟泥石流大块石对桥墩的冲击力计算,结果仅为Hertz弹性碰撞理论的6.7%,冲击力-冲击速度关系曲线平缓,与工程实践估值结果基本一致.

基于Hertz理论的泥石流块石冲击力修正系数研究

基于Hertz弹性碰撞理论的修正公式是计算泥石流块石冲击力的有效方法之一,但公式中的修正系数目前尚无具体的量化方法。在Hertz接触理论和Thornton弹塑性假设的基础上,建立了泥石流块石冲击构筑物的计算模型,推导了修正系数的表达式。研究表明,修正系数是材料强度、泥石流块石尺寸和速度的函数而非一个常量,其随泥石流块石冲击速度的增加而减小,随泥石流块石半径、构筑物材料强度的增加而增加。板子沟泥石流沟防治工程计算结果显示,修正冲击力仅为Hertz弹性碰撞冲击力的15.58%。当泥石流块石冲击速度小于3 m/s,修正系数大于0.20;当泥石流块石冲击速度大于3 m/s,修正系数介于0.10~0.20,计算结果与实践估计较为一致。

基于Hertz接触理论的转子碰摩模型

对转子系统转、定子碰摩故障的过程进行了研究 ,建立了一个基于Hertz接触理论的转子非线性碰摩模型。通过对不同碰摩模型进行理论分析及数值仿真的对比研究表明 :基于Hertz接触理论的非线性碰摩模型能更深刻地反映转、定子碰摩过程的本质特征 。

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。

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。

基于Hertz接触理论的纳观摩擦机理研究

利用Greerlwood—Williamson（GW）模型建立了模拟物体表面的半球体形貌模型，并利用半球的半径隶属函数来定义了物体表面的“光滑”、“一般”与“粗糙”，应用经典的Hertz理论从接触的角度提出了物体表面单球接触力学模型，并建立了动力学方程；最后利用模糊理论对单球系统动力学方程进行叠加，得到了纳观整体滑块的摩擦力与滑动速度的关系。

基于Hertz弹性理论和Thornton弹塑性假设的滚石冲击力的修正计算

以Hertz弹性碰撞理论所取得的滚石冲击力远远超过实际情况,无法应用于工程实践中。因此,以Hertz接触力学和Thornton弹塑性假设为基础,考虑构造物材料特性、冲击物的相对尺寸、结构变位等因素,建立了滚石对构造物的冲击力修正方程,最终以二郎山1#滑坡防治工程中滚石对锚索抗滑桩的冲击为例进行对比分析。结果表明:二郎山1#滑坡治理工程中,滚石冲击力计算结果显示,修正系数介于0.06~0.11之间,计算结果与实际估计较为一致;修正系数随冲击速度的增加而先急剧后平稳降低;落石冲击力随构造物强度、滚石速度的增大而增大。

大型轮轨天线座滚轮与轨道接触分析与试验研究

针对大型重载高精度轮轨天线座轨道在重载下的接触应力计算及轨道不同淬硬深度下的承载差异问题,分别采用经典Hertz理论和有限元法对冠型轮与平轨道的接触问题进行了分析计算,为验证计算结果的有效性,搭建了试验测试平台,在不同加载载荷下对轨道不同表面淬硬深度下轮轨接触斑大小和接触面变形进行了测量,并对计算结果与试验结果进行了对比分析,对静载下轮轨的承载能力、损坏形式及不同淬硬深度的影响进行了试验评估及分析,探讨了弹性接触理论与与实际加载测试结果的差异问题。相关仿真和试验方法为产品研发提供了重要参考。

车轮踏面磨耗对齿轨列车齿轮齿条接触状态影响研究

针对齿轨列车车轮踏面磨耗情况下难以探究齿轮齿条接触状态规律的问题,提出了一种基于Hertz接触理论的考虑车轮踏面磨耗情况的齿轮齿条齿面接触应力计算模型。首先,分析了磨耗情况下齿轮齿条的接触关系,获得了接触应力计算关键参数随车轮磨耗的变化规律,并结合Hertz接触理论构建了考虑车轮磨耗的齿轮齿条接触应力计算模型;然后,选取某工程齿轮齿条参数进行计算,获得了磨耗周期内的齿面接触应力分布,并通过27组有限元仿真试验获得了不同磨耗量、不同接触位置的齿轮齿条接触应力数据,与上述计算模型结果进行了对比;最后,运用上述计算模型进一步分析了车轮磨耗影响接触应力规律的内在机制和关键因素。结果表明,模型结果与仿真计算结果的最大相对误差为7.71%,验证了计算模型的准确性;车轮踏面磨耗量越大,齿轮齿条啮入点附近的接触应力越大,其影响机制是车轮磨耗导致啮入点附近驱动齿轮曲率半径急剧减小;增大初始中心距和齿条齿顶圆角影响系数,可降低车轮踏面磨耗对接触应力的影响,并可通过减小高度调整周期来优化接触状态情况。

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.

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。

基于损伤理论的颗粒材料接触摩擦特性研究

颗粒材料的接触摩擦特性非常复杂。将颗粒材料法向非弹性接触看成是一种接触损伤,根据连续损伤理论,在引入合理假设的基础上,定义了颗粒材料的接触损伤变量,建立了相应的损伤演化方程,结合Lemaitre等效应变假设,研究了颗粒接触损伤对颗粒体材料接触摩擦特性的影响。结果表明,颗粒接触损伤模型能较好地预测颗粒材料法向压力-接触变形特性;考虑接触损伤后,接触面上的法向应力分布更为平缓,接触面积增大,并能较好地预测颗粒材料切向微观位移特性。

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。

基于分形理论的双渐开线齿轮接触应力研究

综合考虑接触面粗糙度、材料特性等因素对齿轮接触应力的影响,基于分形理论和经典Hertz接触理论建立双渐开线齿轮分形接触模型.该模型中,影响载荷和实际接触面积的主要因素包括分形维数、粗糙度幅值和材料特性参数.理论分析表明:分形维数一定时,真实接触面积随着载荷的增大而增大;载荷一定时,接触面积随着粗糙度幅值的增大而减小;随着材料特性参数值的增加,在一定程度上加强了软材料轮齿承载能力,同时会使得微凸体由弹性变形到塑性变形的临界面积减小.对比分形接触模型和有限元模型两种计算双渐开线齿轮轮齿接触应力方法,结果证明了分形接触模型计算双渐开线齿轮接触应力的有效性.