机热耦合下发电电动机磁极引线应力及寿命评估

抽水蓄能发电电动机转子磁极引线的安全可靠对其运行有重要影响,针对磁极引线弯角断裂的问题,提出了考虑机热耦合作用的磁极引线应力及疲劳寿命评估方法。首先,基于发电电动机转子实际结构,建立1/20转子整机的有限元模型;其次,分析了不同工况下的磁极引线的机械应力和机热耦合作用下的复合应力;最后,基于S-N曲线计算其疲劳寿命。结果表明,考虑机热耦合作用后的磁极引线的应力和疲劳寿命比不考虑热作用时有明显差别,其应力最高增加了81%,疲劳寿命显著下降,疲劳损伤增加了约50倍。

一种用于光机热耦合过程中的非线性曲率拟合算法

在光机热耦合过程中,核心思想是如何把变形或光程差转化新的光学面型,一般习惯上用多项式的形式。文章提出一种算法可以使计算RMS达到10-13,计算精度可以达到10^(-16),实际案例中最大位移误差可以减少2个量级,从而最大位移量由116nm,下降到1nm左右。

盘式制动器在不同制动模式下的热-机耦合行为研究

对盘式制动器在拖曳制动、紧急制动和缓慢制动这3种不同制动模式下的热-机耦合行为进行分析。结果表明,在拖曳制动模式下,制动盘两侧摩擦片的变形形式各不相同,因此制动盘两侧摩擦片的温度分布不一致。此外,钳指侧和活塞侧摩擦片的振动信号和接触力信号差异明显,钳指侧对摩擦副的摩擦振动逐渐加剧,并产生新的振动频率;活塞侧对摩擦副的振动趋于稳定,原有的振动频率逐渐消失;在紧急制动模式下,制动盘两侧摩擦片的温度分布特征类似,均是从进摩擦区向出摩擦区扩散,但是由于作用时间较短,温度上升不明显。但两侧摩擦片的振动信号有所区别,尤其是活塞侧摩擦片出现持续自激振动,并且产生新的振动频率。在缓慢制动模式下,虽然制动盘两侧的摩擦片外径均为表面高温区,但在制动后期,活塞侧摩擦片表面高温排布呈现出“点状分布式”特点。钳指侧摩擦片和活塞侧摩擦片的振动信号存在差异,钳指侧摩擦片振动持续时间较长,但其振动强度较活塞侧则更加微弱。界面力学信号分析结果很好地验证了该结论。

C/SiC材质盘式制动器热-机耦合特性分析

为了探究新型C/SiC材料用作小型汽车盘式制动器不同载荷条件下的温度和应力特性,文中通过ABAQUS软件建立了C/SiC制动盘的三维热-机耦合模型,对不同初始速度和制动压力下的紧急制动进行了模拟仿真研究,并与传统的HT250制动盘进行了对比。结果表明:制动片对C/SiC制动盘产生周期脉冲压力,制动过程中摩擦生热造成制动盘温度周期升降,产生正弦波动的热应力,脉冲压力和正弦波动的热应力二者耦合造成制动盘Mises应力、径向应力和周向应力呈现出周期“脉冲”和“正弦”波动变化。在制动减速度为5.56 m/s2、初始速度为60 km/h条件下,C/SiC制动盘在制动摩擦区峰值温度最高为137.3℃,峰值Mises应力、径向应力和周向应力远远小于材料强度。制动盘芯部的非摩擦区域节点承受周期波动的拉应力,是容易发生疲劳失效的关键位置。随着制动减速度的提高,C/SiC比HT250材质制动盘温升更高,但应力峰值的增幅小,具有更强的抗热衰退性能,满足紧急制动的要求。

热-机耦合作用下压缩机气缸形变效应评价

针对DTY500型往复式页岩气压缩机因自然冷却式气缸内外温差大、压力高而产生变形的问题,建立了自然冷却式压缩机气缸热-机耦合共轭传热模型,基于有限元法开展了气缸内温度场与热-机耦合下的气缸变形研究,掌握了压缩机气缸整体温度场特性与变形量的分布特征,对比分析了气缸轴向与周向的温度与变形规律,建立了以圆度差值和径向平均变形量作为工作腔变形评价指标,在此基础上,开展了气缸温度测试试验,气缸表面温度测点平均误差为4.29%。结果表明:最高温度为104.78℃出现在工作腔与排气腔之间的内壁区域,其中周向温度差异为10.35℃和轴向温度差异为6.87℃,导致气缸最大圆度差值为0.249 mm,致使活塞拉缸。研究结果对提高活塞工作寿命和保障页岩气压缩机安全稳定运行具有重要意义。

锂电池在机械滥用下的耦合仿真模型研究

随着新能源汽车保有量的增加,因锂电池故障而引起的起火、爆炸等问题引起了各界的密切关注。锂电池在机械滥用下的热失控行为复杂、实验成本高、可重复性低,难以为研究提供有效、完备的数据。因此,利用高置信度仿真模型研究和评估锂电池的安全性能是一种可行的途径。基于Ls-Dyna软件建立了锂电池机-电-热耦合仿真模型。结果表明,该模型能够准确预测电池在受到压痕时的机械响应和电响应,且能合理地模拟电池的温度分布,具有较高的置信度。利用该模型对控制因素(压头半径,冲压方式)进行了研究,并综合分析了相关参数对锂电池安全性能的影响。所获得的结果可为车载锂电池包的设计和安全系统构建提供参考。

基于热-机耦合的燃料电池极板结构优化

为提高燃料电池极板机械强度,对平行流道极板结构进行优化,在流道中设置不同高度和不同排布方式的凸台;通过计算流体力学和有限元方法对极板进行热-机耦合仿真,以Fluent软件求解得到极板的温度场为热边界条件,将其导入Abaqus软件中进行有限元仿真,得到热-机耦合应力分布,分析不同流道结构极板的机械强度。仿真结果表明:在流道中设置凸台可以明显改善极板的温度分布和应力分布;凸台交叉排布的极板的温度均匀性较好、最大应力较小;凸台越高,极板的刚度越大、变形越小。

基于性能优化的汽车制动盘热-机耦合应力分析

汽车盘式制动器的制动力特性是一个热力学耦合过程,热-机耦合的动力学过程直接影响着制动器在使用过程中出现的振动、噪声过大和热疲劳损坏的频率。因此,对其进行热-机耦合动力学分析是制动器设计与机械加工的关键。在设计盘式制动器三维模型的基础上,利用直接耦合分析方法对其进行热-机耦合应力分析,并建立有限元模型,对盘式制动器进行温度场和热应力场模拟仿真分析,为盘式制动器的设计优化和加工工艺改进提供参考依据。

制动盘制动过程的热—机耦合仿真

在部分盘和整盘间接耦合模型的基础上,考虑制动盘的结构特点及在应力计算过程中施加的对称性约束,建立制动盘、闸片和盘毂之间的三体接触弹塑性热机耦合模型,使制动盘和闸片的相对运动得以实现。通过该模型的模拟结果和测试结果相比较的方法,证明该耦合模型的计算结果能够较为真实地反映制动过程中制动盘的温度场和应力应变场的分布情况,实现了模拟结果和测试结果相一致,体现温度场和位移场的相互作用,达到温度场和应力场的直接耦合的目的。采用弹塑性热机耦合方法分析制动盘在制动过程中热斑的形成。

湿式多片摩擦离合器对偶钢片热-机耦合分析

针对湿式多片摩擦离合器对偶钢片会发生翘曲、裂纹等导致动力传递失效的问题,以某船用湿式多片摩擦离合器为研究对象,从摩擦热流生成和分配模型、温度场与耦合应力场的数值计算等方面提出了湿式多片摩擦离合器对偶钢片热-机耦合问题的分析方法,揭示了对偶钢片发生热失效的机理。研究结果表明:在接合过程中,对偶钢片温度从内沿向外沿依次递增,在3s的接合时间中摩擦表面温度在2.6s达到最高点;热应力分布规律为内沿产生周向拉应力,外沿产生周向压应力,摩擦表面产生径向压应力,内部产生径向拉应力。为解决对偶钢片热失效问题提供了理论依据。

通风盘式制动器热机耦合理论建模与分析

针对制动盘内外侧壁厚不等的通风盘式制动器,基于实测制动副摩擦系数—相对速度试验数据,建立了3维瞬态热-机耦合理论模型及有限元模型,分析了紧急制动工况下制动盘瞬态温度场和法向应力场在径向、周向和法向的分布特征,以及制动盘侧面热弹性变形和厚薄差变化规律.在台架试验中利用热电偶和非接触式位移计测量了制动盘表面温度和热弹性变形,仿真计算结果与试验结果具有良好的一致性.研究结果表明:制动盘瞬态温度、法向应力、热弹性变形之间存在复杂的耦合关系,这主要是由于制动盘通风槽和内、外侧壁厚不等的结构特点以及摩擦、热、机械的相互作用所致.

汽车液压减振器热-机耦合动力学影响因素分析

建立考虑悬架系统振动、减振器机械阻尼特性、减振器发热及散热的汽车液压减振器热-机耦合动力学闭环系统的数学模型,分析车辆悬架系统参数、减振器结构参数及环境因素对减振器油液最终平衡温度及达到最终平衡温度所需时间的影响,为减振器设计提供理论指导。

超声波焊接下光纤埋入金属基体的热机耦合有限元分析

超声波焊接低温、低压和低能耗的加工特点使得光纤传感器埋入到金属基体中成为可能.综合考虑超声波金属焊接中的表面效应、体积效应和热效应,建立起有限元计算分析模型.该模型实现了光纤传感器埋入铝合金6061基体的热-机耦合有限元分析.通过调整压力、振幅、频率和焊接时间等主要参数,研究不同参数对超声波焊接下埋入光纤传感器的温度、应力分布的影响规律.

汽车液压减振器热-机耦合特性试验研究

针对汽车悬架用液压减振器的热-机耦合特性进行了试验研究。在正弦、随机两种位移加载方式下,同时对减振器的阻尼力和发热情况进行了测试,考察了加载方式、工作温度对减振器热-机耦合特性的影响,并在此基础上提出了合理的液压减振器的阻尼特性和热动力学特性的评价方法。

鼓式制动器三维热-机耦合温度场仿真

通过对鼓式制动器惯性制动时蹄鼓摩擦接触状态分析,考虑接触副摩擦因数温度特性,以EQ1208车后桥鼓式制动器为例,对建立的鼓式制动器热-机耦合三维有限元模型进行了惯性制动工况数值仿真,得到了鼓式制动器耦合瞬态温度场仿真结果。A测试点温升试验结果与仿真结果对比,两者变化趋势相同,且吻合较好。对在惯性制动工况下的鼓式制动器温升主要影响因素(车速和道路坡度)进行了仿真分析。

初始端面跳动对制动器热-机耦合特性的影响

假设制动盘内、外盘面具有相同的2阶正弦函数特征的初始端面跳动,针对内外侧壁厚不等的通风盘式制动器,利用Msc-marc软件建立了瞬态热-机耦合动力学仿真模型.以制动盘盘面温度场、法向应力、翘曲及厚度变化的分布特性为评价指标,在紧急制动工况下,分析了初始端面跳动对制动器热-机耦合特性的影响.研究发现,初始端面跳动的方向和大小对制动器热-机耦合特性具有显著影响.

锂离子电池电-热-机耦合特性实验研究及关键参数辨识

针对锂离子电池的电-热-机耦合特性,设计了一套耦合特性综合测试系统,进行了电池不同倍率充放电工况下电-热-机耦合特性的测试与分析,以探究电池电特性、形变、温度的时间演变规律与空间分布特性,可以得到电池荷电状态(state of charge,SOC)-形变曲线具有明显的分段特性,可以辅助磷酸铁锂电池SOC估计的修正。基于该系统测试结果研究了电池充放电过程形变产生的机理,并进行了电池热膨胀系数的参数辨识。实验结果表明:高倍率放电时,在放电初期和中期电池边缘部分膨胀,放电后期收缩,而中心位置在放电初期和中期收缩,后期膨胀;低倍率放电时,电池表现为放电初期和后期整体收缩,中期整体膨胀。研究结果可为电池内部电-热-机耦合特性的理论分析与测试管理提供依据。

拖曳与启停制动模式下盘式制动器热-机耦合特性研究

建立起盘式制动器三维热-机耦合有限元模型,分析在拖曳制动和启停制动两种模式下制动器的热-耦合特性和摩擦振动特性,并探讨了在启停制动模式下,不同的减速行为对热-机耦合和振动特性的影响。结果表明:制动器在热-机耦合作用下,制动盘两侧摩擦片的热变形形式完全不同,导致两侧摩擦片的温度分布差异显著,活塞侧的摩擦片表面温度大于钳指侧摩擦片温度,这种温度差异也表现在制动盘两侧的盘面温度上;随着摩擦界面温度升高,制动系统的振动强度逐渐降低,但由于温度差异导致制动盘两侧的热变形程度不同,因此制动器活塞侧的振动强度大于钳指侧的振动强度;制动盘的减速行为对系统的热-机耦合特性和摩擦振动特性影响显著,在快速制动模式下制动器与外界热交换效应显著,界面温度较低,但是振动强度较大;慢速制动和分步制动模式下,界面温度迅速升高,但是由于摩擦过程较为缓慢,系统振动强度较低;尤其是分步制动的情况下,在某一阶段的振动强度有可能非常微弱。以上研究结果对认识制动系统的温度分布特性和改善制动器振动噪声问题具有一定指导意义。

热-机耦合分析的有限元法及其应用

基于有限元分析的基本原理,建立了热-机耦合问题分析的有限元基本方程,并对工件挤压过程及摩擦制动问题进行了分析.算例表明,热-机耦合分析方法能很好地模拟受热结构的温度场和应力应变场,为结构设计和工艺设计提供依据.

基于热-机耦合有限元法预测构架侧梁焊接变形

准确地数值模拟焊接构架侧梁在其生产过程中产生的焊接变形规律,是有效地控制焊接变形和减少焊后矫形工作的关键。本文基于热-机耦合热弹性有限元方法,采用Marc软件,创建了焊接构架侧梁有限元模型,并采用分段串热源进行焊接热源模拟,得出了侧梁在垂向弯曲、水平弯曲和纵向收缩变形的规律,最后利用合理的实验方法给出侧梁实际变形结果。研究表明:数值模拟计算与实验结果十分吻合,从而证明了此方法对其进行焊接变形预测的有效性。