机器人磨抛加工接触稳态自适应力跟踪研究

磨抛加工作为复杂曲面制造的最后关键工序,直接决定着零件的轮廓精度与表面质量。机器人具有运动范围大、通用灵活与智能化等优势,结合砂带磨抛工艺被广泛应用于大型复杂曲面零件的加工。但机器人多轴耦合、末端响应速度慢与定位精度低等弊端导致磨抛加工接触力精准控制困难,难以实现机器人柔顺力控加工。针对机器人磨抛加工接触稳态力跟踪问题,在阻抗控制与基于环境参数估计的参考轨迹自适应生成方法上,提出采用遗传算法对位置误差引起的接触力误差进行补偿。结果表明,所提出的方法提高了机器人磨抛加工接触力的跟踪精度,接触稳态力跟踪误差降低约85.7%,具有较好的稳定性与可靠性,可以实现机器人在未知环境下的柔顺自适应加工。

不同轮轨冲角下高速轮轨稳态滚动接触的蠕滑特性

在分析轮轨接触蠕滑机理的基础上,利用有限元软件ABAQUS,采用mixed Lagrangian/Eulerian方法建立三维轮轨稳态滚动接触模型,研究直线线路上轮轨冲角对高速列车轮轨滚动接触面间蠕滑力和蠕滑率的影响。结果表明:车轮接触斑内的纵向蠕滑力随着轮轨冲角的增大而逐渐减小,其最大值与最小值相差约9.67%,因此轮轨冲角的增大会降低列车的牵引性能;横向蠕滑力随着轮轨冲角的增大而增大,轮轨冲角为6mrad时的横向蠕滑力是其为0mrad时的7.3倍左右;在横向蠕滑力和纵向蠕滑力的相互作用下接触斑内存在小自旋蠕滑;轮轨冲角对纵向蠕滑率几乎没有影响,但对横向蠕滑率有较大的影响,不同冲角时最大横向蠕滑率值相差约16.5%。

轮对横移对高速轮轨稳态滚动接触蠕滑力和蠕滑率的影响

运用有限元软件ABAQUS的非线性功能,基于轮轨滚动接触理论,采用mixed Lagrangian/Eulerian方法建立高速轮轨稳态滚动接触的大规模有限元模型,分析CRH2型动车组在CHN60钢轨直线线路上运行且其轮对横移量在0～6 mm范围变化时的蠕滑力和蠕滑率.结果表明：随着轮对横移量的增大,车轮接触斑内纵向蠕滑力合力的最大值约为最小值的24.4倍,列车总的纵向蠕滑力几乎是呈线性急剧减小,表明轮对横移量的增大会降低列车的牵引性能;横向蠕滑力合力的最大值与最小值相差约42.4％,变化趋势低于纵向蠕滑力合力,列车左轮与右轮总的横向蠕滑力随着轮对横移量的增大而减小,从而影响列车的横向稳定性与脱轨系数;纵向蠕滑率的最大值与最小值相差约124.8％;与纵向蠕滑率相比,横向蠕滑率很小且几乎不随轮对横移发生变化,表明轮对横移对横向蠕滑率的影响很小.

非稳态纯滚动接触弹塑性分析

建立了二维弹塑性非稳态循环纯滚动接触有限元模型.材料本构采用一种较好的循环塑性模型,并通过材料用户子程序在通用有限元软件ABAQUS中自定义该本构模型.通过在弹塑性无限半空间表面上重复移动随时间按简谐规律变化的赫兹法向载荷来模拟非稳态循环纯滚动接触过程.通过数值模拟,得到接触表面附近的残余累积变形、应变和残余应力.不同的最大赫兹接触压力对残余应力和残余应变影响较大.在简谐变化的法向接触载荷作用下接触表面的变形呈波浪形,随着滚动次数的增加,该波状表面沿载荷移动相反方向逐渐移动,但移动速率要衰减.波状表面波谷处的残余应力、应变和变形大于波峰处.随滚动次数的增加,残余应力增大但很快趋于稳定,残余应变也增大但增大速率衰减.

弹性滚柱与刚性平面稳态滚动接触问题的边界元分析

用边界元法分析弹性滚柱与刚性平面的接触问题,需要采用迭代算法。文章在小变形、不计惯性力及摩擦力服从库仑摩擦定律的前提下,采用凝聚法计算大大缩短了迭代时间;针对边界元法中近边界点的几乎奇异积分,文中采用一种新的正则化技术,将奇异积分化为无奇异的规则积分与解析积分之和,成功地求解了滚柱内近边界点的力学参量。

钢轨短波波磨与非稳态滚动接触力学

阐述了钢轨波磨的波长固定机理,给出了改善钢轨波磨的有关措施。

C18150铜合金与H13模具钢稳态接触换热系数实验研究

使用一套稳态接触换热系数实验设备,测量了C18150铜合金与H13模具钢的稳态接触换热系数。控制热流方向由H13模具钢流向C18150铜合金,界面平均温度为200~600℃,接触载荷分别为1.56、6.24、10.92和15.6MPa。研究分析了界面平均温度、接触载荷、接触历史过程对稳态接触换热系数的影响规律。界面平均温度通过改变材料属性和接触表面状态进而影响稳态接触换热系数。实验结果表明,界面平均温度为345℃、接触载荷为15.6MPa时,稳态接触换热系数最大。不同接触历史过程下,加载过程中测量的稳态接触换热系数小于卸载过程。实验研究可进一步提高C18150铜合金热成形过程数值模拟的精度,进而提高成形质量。

短波波磨状态的轮轨纵向蠕滑力特性

为了对具有简谐波形的钢轨短波波磨进行分组与分析轮轨非稳态滚动接触的纵向蠕滑力特性,引入了波磨深度指数与波长比,采用Kalker三维滚动接触理论计算了车轮的纵向蠕滑力,并与采用稳态滚动理论计算结果进行了对比,使用频率响应的系统辨识法对纵向蠕滑力的波动分量进行了拟合,在短波波磨等深度指数条件下,用波长比的二阶传递函数描述了轮轨纵向蠕滑力的波动分量与稳态理论波动分量之间的关系,使用传递函数,由稳态纵向蠕滑力的波动分量计算了非稳态纵向蠕滑力的波动分量,进而计算了非稳态的纵向蠕滑力。计算结果表明:在小蠕滑条件下,由Kalker三维滚动接触理论计算出的纵向蠕滑力的波动分量随着波长比的变化产生明显的幅值衰减和相位滞后,波长比越大,幅值衰减越大,相位滞后越多,而稳态滚动理论的计算结果与波长比无关。由传递函数和Kalker数值理论计算的纵向蠕滑力的时域波形、频域幅值谱和相位谱相同。