基于滑移/非滑移异质界面的动压润滑性能优化

合理布置的滑移/非滑移异质界面可以提高流体动压润滑性能,但目前滑移区和非滑移区的组合方式大多采用单一的直线拼接法,没有针对流体润滑摩擦副的各类工况设计出相应的优化方案,为此本文建立了一组离散式二次方程来描述滑移区和非滑移区拼接轨迹,并引入计算域单元的宽长比作为优化变量,分别以液膜刚度和摩擦因数作为优化目标,通过MATLAB数值仿真求解不同宽长比条件下滑移区和非滑移区的最优拼接轨迹。结果表明,与直线拼接法相比,选取二次方程所描述的抛物线作为滑移区和非滑移区拼接轨迹的方法使流体润滑摩擦副在摩擦因数和液膜刚度等性能指标上都有所改善,而且根据不同的优化目标参数可以方便地绘制出最优拼接方案,验证了本文方法在改善动压润滑性能上的可行性和普适性。

基于滑移界面耦合技术的旋转电机磁场仿真方法

提出了一种基于滑移界面耦合技术的旋转电机磁场仿真方法。首先,对旋转电机问题建立等效弱形式,用Lagrange乘子法施加Coulomb规范条件和滑移界面处的磁矢势连续性条件;然后,采用混合单元方法离散整个求解域中的未知量,采用棱边单元法离散滑移界面处的Lagrange矢量乘子,并采用多点约束法耦合滑移界面处的Lagrange标量乘子自由度,该方法无须在旋转电机模型的非匹配网格中构建生成树,即可自动保证磁矢势解的唯一性;最后,采用旋转线圈案例和简化的永磁同步电机案例验证了本文方法的有效性。

基于界面滑移脱黏的锚杆合理锚固长度研究

为确定煤巷不同围岩条件下锚杆的合理锚固长度,基于锚固剂-围岩界面滑移脱黏失效模式,推导出弹性阶段锚杆极限承载力、界面剪应力分布计算公式。在分析锚固剂-围岩界面发生滑移脱黏发生条件基础上,提出既安全经济,又能充分发挥围岩可锚性和锚杆材质性能的锚杆合理锚固长度确定原则,分析了合理锚固长度的影响因素和设计流程。研究表明,锚杆弹性极限承载力主要受锚固剂-围岩界面抗剪强度[τ]影响,界面剪切刚度K_1是临界锚固长度的关键控制因素。短锚拉拔试验测取的不同围岩条件下界面参数[τ]、K_1,可为锚杆设计载荷、合理锚固长度设计提供指导。算例分析结果表明,基于锚固剂-围岩界面滑移脱黏设计的锚杆锚固长度与目前煤巷锚杆采用的锚固长度基本一致,验证了锚杆合理锚固长度计算方法与设计流程的可行性。

螺栓连接组合Jeffcott转子界面滑移规律分析

针对航空发动机转子实际装配完成后连接界面力学特性分布不均匀、服役阶段连接界面发生微动滑移等问题,以组合Jeffcott转子为研究对象,综合考虑实际螺栓预紧力分布规律,首先对高速旋转状态下的组合转子连接界面开展受力分析,揭示了预紧力对连接界面滑移的影响机制。其次基于实测预紧力数据构建了组合Jeffcott转子有限元模型,对连接界面滑移过程进行了仿真。最后系统分析了预紧力均值大小及离散度对转子界面滑移规律的影响。结果表明,预紧力均值大小主要影响界面滑移量,对滑移分布的均匀性影响较小,而预紧力分散度大小会显著影响滑移分布的均匀性。实际装配过程中,可通过降低螺栓预紧力分布的离散度来减小因界面非均匀滑移对组合转子连接性能带来的不利影响。

高速水润滑止推轴承的滑移润滑性能研究

建立了多种具有不同滑移区域分布特征的推力瓦数学模型,在考虑流体边界滑移效应、扩展了经典Reynolds方程并设定合理边界条件的基础上,借助MATLAB软件对模型进行数值仿真求解,研究了滑移区域分布方式、面积占比及滑移长度对轴承动压润滑性能的影响。结果表明,在靠近流场入口处沿周向分布滑移区域能显著提升不同转速条件下的推力瓦面承载力;当滑移区域面积占瓦面面积比介于0.3~0.4且滑移长度为1000nm时,轴承推力瓦面具有最优动压润滑性能。

非均匀亲和性界面对流体动压润滑油膜厚度的影响

目的研究非均匀亲和性界面对流体动压条件下润滑油膜厚度的影响。方法通过对固体试样表面进行张力修饰以获得对润滑液体不同的亲和性,其中包括表面的不同部分对液体的亲和性不同,即非匀质亲和性表面。试验中利用防指纹油液(AF)对普通钢滑块进行张力修饰得到了匀质AF滑块和非均匀性AF滑块,测量了钢滑块、入口AF滑块、出口AF滑块和全表面AF滑块的油膜厚度随倾角的变化,同时利用防指纹油液对阶梯滑块进行张力修饰得到了AF阶梯滑块,测量了阶梯滑块和AF阶梯滑块在倾角为1:2231和平行间隙两种条件下的油膜厚度随速度的变化。结果四种滑块的油膜厚度随倾角的增大均呈现先增大后减小的趋势,存在最佳倾角,且普通钢滑块表面、非均匀亲和性AF表面、均匀AF表面的油膜厚度依次降低。对阶梯滑块和AF阶梯滑块的测量结果表明,AF阶梯滑块产生的油膜厚度一直低于阶梯滑块。结论在流体动压薄膜润滑条件下,固液界面亲和性可以对膜厚产生明显的影响。通过选择性修饰试样表面,使得表面润湿性具有区域性差异,油膜厚度降低,认为造成该现象的原因是润滑剂在固液界面亲和性低的部分发生较强的侧泄。

热载荷下螺栓预紧力对非连续转子界面滑移特性影响

航空发动机转子非连续结构处多采用螺栓连接,其在热、力等多载荷作用下的动力学行为对整机振动具有重要影响,但相关研究鲜有开展。针对复杂热载荷与螺栓预紧力综合作用下连接界面滑移问题,首先建立基于单盘转子实验装置的有限元模型,进而设计实验,验证了该模型的有效性。然后以此建模方法,结合某型航空发动机涡轮盘与封严盘的连接特征,建立非连续转子双向热-固耦合模型,分析热载荷与非均匀螺栓预紧力对连接界面的影响。结果表明,周向非均匀的螺栓预紧力,在热载荷和离心力的共同作用下会导致连接界面出现周向非均匀变形,引起界面滑移,带来不平衡量。相较于受瞬时梯度热载荷作用,转子非连续结构处受均匀热载荷时上述不利影响更加显著。

疲劳荷载作用下钢-混凝土组合梁变形计算

为了对钢-混凝土组合梁在疲劳荷载作用下的弹性挠度和残余挠度分析,建立了组合梁疲劳荷载下的非连续传力模型。通过建立钢材和栓钉等材料的疲劳损伤退化模型,对组合梁在疲劳荷载情况下沿梁长方向的滑移分布情况和跨中挠度进行了计算。结合不同连接程度的组合梁疲劳试验数据,进行了参数分析,并验证了方法的可靠性。提出了疲劳荷载作用下钢-混凝土组合梁变形计算公式,采用该模型计算的滑移值、弹性挠度值与试验值有较高的吻合度。当考虑沿梁长方向各排栓钉的刚度退化情况时,对于组合梁变形计算有较大的影响。通过混凝土承担的轴力和弯矩可知,疲劳荷载作用下,栓钉承载能力降低造成组合梁截面曲率增大,刚度降低,自身截面刚度的退化影响较小。计算结果表明:在疲劳荷载加载时,组合梁界面栓钉出现剪力重分布现象,跨中栓钉承担的剪力由小变大,靠近梁端栓钉承担的剪力由大变小,且呈非线性变化趋势。当接近组合梁疲劳寿命时,组合梁跨中变形、截面滑移都呈指数型上升趋势。当达到疲劳寿命时,梁端栓钉承担的剪力急剧下降,最终造成以栓钉剪切疲劳破坏形式的组合梁疲劳破坏。该方法可供实际试验和工程实际参考。

锚杆拉拔力学作用机制的DDA方法模拟研究

为研究锚杆拉拔实验中锚杆与岩体间的力学作用过程和机制,在非连续变形分析(discontinuous deformation analysis,DDA)方法中实现锚杆-岩体界面耦合作用算法,采用多线性黏结滑移界面模型模拟锚杆的滑移脱黏,并针对锚杆拉拔力作用节点和脱黏节点提出专门算法。通过模拟结果与实验结果的对比,对文献中的三线性和四线性黏结滑移界面模型进行参数修正,并验证所提锚杆-岩体界面耦合作用算法的正确性和适用性。通过基于修正参数的多线性黏结滑移界面模型的锚杆拉拔DDA模拟,研究了锚杆的拉拔力-拉拔位移关系,以及不同拉拔力条件下锚杆-岩体界面切应力和锚杆轴力的分布与变化规律,并探讨了锚杆弹性模量对锚杆拉拔力学响应的影响。锚杆-岩体界面耦合作用算法的实现,也为岩体锚固的DDA模拟分析创造了条件。