基于Archard理论的浮动密封结构磨损特性试验研究

管线闸阀工作过程中,常常会因密封接触面的磨损而导致其密封失效。针对这一问题,以代号为Z943Y-300Lb的高压管线平板闸阀为例,对其浮动密封结构的磨损特性进行了理论推导、仿真分析和试验测试研究。首先,运用了任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法和Archard磨损模型,对浮动密封结构启闭后的接触面磨损厚度进行了理论推导;然后,根据浮动密封结构特点,提出了以全局磨损量均方根值(RMS)为评价指标的方法;接着,利用ABAQUS软件,对浮动密封结构进行了摩擦动力学仿真分析,并研究了不同启闭次数、密封面宽度对浮动密封结构磨损特性的影响问题;最后,采用最小二乘法建立了高压管线平板闸阀密封面磨损量预测模型,预测磨损等厚度时所允许的磨损寿命,并根据试验测试结果对仿真结果的准确性进行了验证。研究结果表明:相对于其他区域,区域Ⅰ、区域Ⅱ的磨损量较大;启闭速度对闸阀密封结构的磨损寿命影响较大,随着启闭速度的增加,密封结构的区间磨损寿命呈现先增加、后减小的趋势;启闭速度为210 mm/s时,闸阀密封结构的磨损寿命最大;在一定的范围内,其磨损寿命随着密封面宽度增大而增加。该研究分析可为闸阀密封结构的优化设计及寿命预测提供理论基础。

基于Archard理论的挤压次数对模具磨损量的影响分析

针对前次挤压对后次挤压的模具磨损有着显著影响,模具的总磨损量并不与单次磨损量呈简单的线性关系,将考虑温度影响的Archard磨损计算修正模型与有限元数值模拟分析方法相结合,预测铝合金挤压过程中模具表面磨损最严重的部位,建立该部位磨损量与挤压次数之间的确切关系,并由此提出一种考虑挤压次数影响的总磨损量计算公式。

基于Archard理论分析弹体质量侵蚀

基于模具与工件磨损中的Archard粘着磨损理论,分析弹体表面微粒的细观塑性变形,建立弹体质量侵蚀表征模型,运用动态空腔膨胀理论得到弹体表面应力,再通过差分计算得到高速侵彻中弹体宏观轮廓的钝化回退过程。计算得到的弹体外部轮廓、质量损失及侵彻深度等参数与实验结果基本吻合。结果表明;弹体侵蚀效应对侵彻时间和深度的影响随着撞击速度的增大愈加显著;弹体侵彻过程中最大过载与刚性条件下有较大区别,提高弹体材料的屈服强度能有效减少侵彻过程中弹体的质量损失,提高最终侵彻深度。

基于Archard理论的曲轴模具磨损研究

磨损是模具失效最重要的因素之一,研究热锻模具的磨损尤为重要。基于Archard理论模型,采用有限元模拟软件DEFORM-3D对曲轴的热模锻过程进行热力耦合仿真分析,得到了模具的等效应力、应变及磨损分布。分析了不同温度对锻模磨损的影响,模拟结果与实际经验相吻合。

基于Archard理论的热冲压模具磨损分析及优化

基于Archard理论,运用有限元软件对热冲压过程进行了数值模拟分析,计算了模具表面的磨损。通过改变热冲压工艺参数,获取模具磨损量随冲压速度及板料初始成形温度变化的规律。通过对热冲压过程的热力耦合模拟,获得了模具在冲压过程中的温度及应力分布规律。结果表明,模具磨损分布与温度场及应力场存在密切关系。基于响应面法对冲压工艺参数进行了优化设计,有效地减小了模具表面磨损量。

基于修正Archard理论的曲轴模具磨损研究

在前期利用Archard理论研究模具磨损的基础上,通过修正Archard理论对曲轴模具磨损进行了模拟。在磨损较严重的位置抽取16个特征点,通过使用有限元软件DEFORM-3D模拟了曲轴一次锻造结束后每个点的磨损深度。最后通过相关计算得到模具总的磨损深度,它与实际情况相吻合。这能为预测模具寿命和模具优化提供参考。

基于Archard理论对变速叉预锻凹模寿命分析

为预测变速叉预锻凹模的使用寿命,基于数值模拟和Archard理论,对变速叉热锻成形过程中凹模磨损的主要区域以及导致磨损的原因进行分析,并利用正交试验对预锻凹模磨损严重区域进行优化,根据预锻凹模磨损严重区域单次最优磨损量与总磨损量的关系,建立数学拟合公式求解。模拟结果可知,热锻成形过程中,凹模磨损最严重的位置在P4区域,P4区域凹模磨损量最优的工艺参数组合为A1B2C3D3,通过建立P4区域凹模磨损量和锻造次数间的函数关系,证明了变速叉总磨损量与单次磨损量不仅仅是简单的线性关系,并提出锻造次数和变速叉凹模总磨损量的求和公式,求得变速叉预锻凹模寿命为92130次。模拟结果有效地提高了变速叉实际生产中的研发成功率,降低了试模成本。

基于Archard理论的汽车板件热冲压模具磨损分析

以某汽车板件为研究对象,基于Archard磨损及塑性成形理论,采用DEFORM-3D软件对板件的热冲压成形过程进行了热力耦合仿真,模拟了模具表面的磨损情况。通过分析可知,凹模磨损远大于凸模磨损,寿命较短,并根据模拟结果讨论了影响凹模磨损的关键因素。在保证冲压板件质量及维持凸模磨损的前提下,以降低凹模表面磨损为目标,通过正交试验法研究了各因素对凹模工作表面磨损深度的影响关系并进行了优选。对获得的最优参数组合进行仿真模拟及实际试模,并与优化前结果进行了对比。结果表明,优化后凹模磨损与实际试模结果较为接近,与优化前凹模磨损结果相比得到明显改善。最优参数组合为:模具预热温度为350℃,坯料初始温度为500℃,冲压速度为15 mm·s^(-1),凹模硬度为64 HRC。采用有限元仿真技术能够有效地指导设计,降低试模成本。

基于Archard磨损理论的盘形制动修正指数优化

基于Archard磨损理论,以磨损率计算公式的修正指数(压力指数m和速度指数n)作为研究磨损和摩擦应力的响应参数,利用ANSYS有限元软件,建立制动盘-闸片简化模型;通过Box-Behnken试验设计方法和最小二乘法,拟合出影响Archard磨损模型修正指数的目标函数响应面模型,对轨道列车盘形制动磨损行为进行非线性分析,并约束制动盘接触应力和摩擦应力,制定修正指数优化原则;分析制动初速度和压力对制动盘磨损的影响。结果表明:速度指数n对列车磨损值影响较大,模型优化后的最优修正指数为压力指数m=0.97、速度指数n=0.96,基本满足磨粒磨损试验理论值m=n=1;施加不同的制动压力和制动初速度时,制动盘表面摩擦应力和磨损深度在摩擦半径处呈周向递减,制动初速度对制动盘摩擦应力影响不大;当制动盘在较大制动压力作用下时,盘面出现严重挤压,摩擦应力随之增大。

基于磨损润滑理论的杆柱寿命预测及多目标优化

针对目前抽油杆偏磨预测方法的不足,引入Archard磨损计算模型和流体润滑原理,在三维杆柱力学理论基础上获得杆管间接触压力,经几何分析得到杆管接触面积,通过迭代计算得出杆柱磨损深度,并使用修正古德曼图对磨损后的杆柱应力进行校验,从而建立了一种杆柱寿命预测方法。该方法较之前的寿命预测模型增加了磨损表面粗糙度、材料硬度、环境温度等因素的考虑,使得现有杆柱偏磨理论更加完善。在此基础上,提出以产量、系统效率和杆柱寿命为目标,以经济效益为目标函数的有杆泵多目标优化方法,通过抽汲参数的优选实现经济效益最大化。以实例计算验证偏磨预测模型的准确性,并解释论证了油井含水体积分数对杆柱偏磨的影响。

泵用机械密封织构端面干摩擦磨损仿真及试验研究

为了减轻泵用机械密封端面在启停阶段和严重振动工况下的干摩擦磨损,对泵用机械密封织构端面进行了干摩擦磨损仿真及试验研究。首先,采用ANSYS软件建立了具有表面织构的动静环密封端面的瞬态有限元模型,基于Archard磨损理论,分析了不同织构分布间隔角度、边长和旋转角度下静环(石墨环)的磨损规律,得到了石墨环的磨损体积分布;然后,采用摩擦磨损试验机在干摩擦条件下对不同织构参数的密封环进行了磨损试验,得到了密封环磨损前后的表面形貌和石墨环的磨损质量;最后,对比分析了仿真和试验结果,讨论了不同织构参数对石墨环磨损质量的影响以及织构的减磨机理。研究结果表明:织构凹槽可以在容纳磨粒磨屑的同时生成石墨转移膜进而减轻磨损;减轻密封环端面磨损要求织构面积合适,足够容纳磨粒磨屑,同时不过分增大表面粗糙度;织构分布间隔角度每增大5°且边长每减小0.1 mm,石墨环的磨损质量平均减少约7.83%和7.35%。织构旋转角度每增大15°,石墨环的磨损质量平均增大约4.25%。所得研究结果可为泵用机械密封的表面织构设计提供较好的理论支撑,并提升泵用机械密封的耐磨性能。

基于Archard的高强钢热冲压模具磨损研究

DP780高强钢逐渐被应用在汽车车身上,文章根据Archard磨损理论,对DP780热冲压工艺进行了研究。热冲压过程中模具磨损的影响因素众多,最关键的2个因素是冲压速度和板料初始温度。利用Dynaform对DP780热冲压过程进行模具磨损数值模拟,设置不同的冲压速度和板料初始温度,研究相应条件下对模具磨损的影响趋势,为实际生产提供充分的指导。

基于Abaqus/Python的模具磨损仿真模块设计

为了预测模具磨损量,基于修正的Archard磨损理论,建立磨损分析有限元理论模型,并通过Abaqus二次开发脚本接口,采用Python语言,设计、开发了模具磨损仿真模块。通过两个实验算例校验所构建磨损仿真模块的精度:一方面,通过Cr12MoV球—盘对磨实验,从磨痕形貌、宽度和深度三方面验证了所设计磨损仿真模块的准确性;另一方面,根据杯形件10000次冲压成型后凹模的磨损量,进一步验证了所构建磨损仿真模块的预测精度。最后,将该磨损分析模块应用于某车型发动机外罩模具的磨损计算,模拟结果与文献中结论一致。所设计的磨损分析模块能够准确预测模具磨损,可为后续的模具优化设计提供依据。

超高强钢板冲压模具磨损CAE分析研究与应用

针对超高强钢板冲压模具的磨损问题,提出一种有效而快捷的预测模具磨损量和使用寿命的方法.该方法采用Archard磨损理论,得到冲压成型结束后模具的磨损区域主要集中在模具圆角处.系统地研究了模具硬度、冲压速度和模具材料对模具磨损程度的影响.结果表明：模具硬度达到60~65HRC时能有效减小磨损量;模具磨损量与冲压速度成正相关关系.采用磨损累积法预测模具修模前的使用寿命,模拟得到的冲压7 500次的模具磨损量与试验数据仅相差1.47%,表明该方法是正确可行的.这对于确定合理的冲压工艺方案和模具结构设计具有重要的实用价值.

爪极锻造工艺参数多目标优化

随着车载电器技术的不断进步和发展,对发电机爪极发电等性能的要求也越来越高。基于Archard磨损模型,针对影响爪极精锻模具寿命的工艺参数,设计正交试验。通过Deform数值模拟,研究了坯料初始温度、模具初始温度、模具硬度、成形速度以及工件与模具之间摩擦系数对成形载荷和模具磨损的影响。综合考虑多目标因素,优化了爪极成形的工艺参数,分析得到了影响爪极成形载荷和模具磨损量的最优工艺参数.研究表明:按照最优工艺参数精锻模具寿命可以提高57.025%。

基于sobol法的热成形工艺参数全局灵敏度分析及优化设计

基于Archard理论,运用有限元软件对热冲压过程进行数值模拟分析,计算冲压过程中模具表面磨损。提出一种计算热成形工艺参数灵敏度的方法,该方法基于蒙特卡洛法和响应面法,建立主要工艺参数的磨损量响应面近似模型,进而采用sobol全局灵敏度分析法和蒙特卡洛法对工艺参数的全局灵敏度进行分析。结果表明,冲压速度、板料温度和模具温度对磨损的影响最大。在此基础上对冲压速度及板料温度进行优化设计,以使磨损量达到最小。

基于有限元搅拌头磨损机理研究

搅拌头的磨损是影响搅拌摩擦焊接(FSW)生产成本的重要内容。本文从FSW工艺设计出发,应用数值模拟技术,基于改进的Archard理论建立搅拌头磨损模型,研究了FSW过程中搅拌头的摩擦磨损规律及使用寿命。这对研究搅拌头摩擦磨损和使用寿命,降低生产成本以及推广FSW技术具有现实的研究意义和实用价值。

不同铝合金搅拌摩擦焊搅拌头磨损的数值模拟

基于Deform-3D有限元软件建立Al2024、Al5052、Al6061三种铝合金的搅拌摩擦焊接热力耦合模型,分析了搅拌摩擦焊中的温度、搅拌头受力和磨损情况。结果表明,不同铝合金搅拌摩擦焊接时,搅拌头磨损速度不同。Al6061铝合金对搅拌头磨损速度最快,Al5052铝合金对搅拌头磨损速率其次,Al2024铝合金对搅拌头磨损速度最慢;搅拌头的适当磨损会使搅拌头形状改变,使其寿命增加。

基于修正的Archard磨损理论模型的H13模具钢热挤压磨损研究

为精确预测模具钢在热挤压成形过程中的磨损规律,开展了基于修正的Archard磨损理论模型的H13模具钢热挤压磨损研究。根据磨损因子及硬度的变化修正了Archard磨损理论模型,同时考虑挤压次数对模具磨损的影响,基于Deform建立了热挤压成形有限元模型。研究了磨损因子、硬度以及挤压次数对模具磨损的影响规律,挤压初期凸模磨损量较小;随挤压次数增加,磨损量迅速增加;挤压到一定次数时,磨损量出现转折,随后呈平稳变化。建立了H13模具钢热挤压磨损预测模型,通过热挤压物理试验验证了磨损预测模型的可靠性。研究成果为H13热作模具钢热挤压成形模具寿命的预测提供了理论依据。

多工位级进模冲裁工序模具磨损行为的数值分析及寿命预测

目的针对多工位级进模连续冲裁所带来的模具磨损问题。方法基于Archard磨损理论,以凸模为研究对象,对其磨损行为进行有限元数值模拟,通过设计冲裁间隙、冲裁速度、模具硬度等工艺参数之间的正交试验,获得各工艺参数对模具磨损的变化规律及最佳工艺组合;采用磨损累计法,对模具修模前的凸模圆角半径和使用寿命进行预测。结果冲裁模具磨损区域主要分布在模具圆角处,并得到单次最大模具磨损量为4.30×10-7 mm;得到磨钝后的圆角半径为0.3 mm,冲裁极限次数为27万次。结论采用该分析方法能较好地预测磨损,并为模具的保养修复提供一定的参考价值。