基于COMSOL的钢结构连接板接触面积的检测

借助COMSOL有限元仿真软件建模,通过改变接触面的接触半径,将接触面积率作为设计参数,并在瞬时激励下激发应力波,使结构表面的压电片产生电压信号。通过分析电压信号得到应力波在不同接触面积率下的透射系数R,采用最小二乘法拟合得到接触面积率与等效刚度的关系,并结合应力波通过接触面的透射系数的解析解,测定真实接触面积。将此方法应用于钢结构柱节点连接板接触面积检测中,接触面积率检测的绝对误差在0.06%~4.75%,证明了此方法的有效性。

有轨电车轮轨型面匹配问题的研究

利用轮轨型面测量仪测量大量即将磨耗到限的车轮踏面和钢轨轨头型面(简称旧轮和旧轨型面),从中选取具有一般性的型面建立三维有限元模型,分别研究了新旧车轮与新旧钢轨配合接触问题。通过几种轮轨接触模型的计算,总结了不同模型的接触斑面积、形状、位置,以及接触力分布和等效应力的变化规律,并分析了旧轮和旧轨被挤压出飞边的原因。结果表明:新轮-旧轨接触模型的接触斑面积较小,等效应力较大,接触位置在轨顶的两侧,说明磨耗到限旧轮踏面被镟修成标准轮踏面形状的不合理性。旧轮-旧轨配合,与其他模型相比接触斑面积最大,轮轨匹配相对较好,因此,适应旧轨轨头型面的车轮踏面形状设计对于减缓轮轨磨耗具有重要的意义。

具有啮合齿面接触对的谐波传动有限元模型建立与分析

现有谐波传动有限元分析模型过于简化,与实际情况差别较大,为此,在ANSYS中建立带有整圈轮齿的刚轮和柔轮模型,利用其接触分析要素在啮合齿面间定义面-面接触对,使得各对轮齿在啮合时产生作用力,从而提出了一种与实际较接近的谐波传动有限元模型建模方法;以50机型为例,用该方法得到了负载作用下柔轮的等效应力、变形、各啮合齿面接触应力以及与实际接近的啮合齿对数百分比。最后与现有建模方法进行了对比分析,该方法能更准确地反映柔轮工作时应力分布情况。

牙轮钻头空心圆柱滚子接触状况的有限元数值模拟

以牙轮钻头滚动轴承为研究对象,对常规直母线圆柱滚子与内圈滚道的接触状况进行三维有限元数值模拟。在验证模型正确性和算法可靠性的基础上,对不同载荷和空心度下直母线空心圆柱滚子的接触状况进行有限元分析。计算结果表明,合理空心度的滚子可以降低轴承的等效应力,从而提高轴承的疲劳寿命;合理空心度的选取往往与轴承系统的材料参数、几何结构尺寸参数以及所受的外载荷等因素有关,但采用合理的空心度仍然无法消除滚子轴向端部几何边界突变处的奇异性。研究结果发现,空心滚子的最大法向接触应力和最大等效应力相对于轴向初始接触对称中心线发生了一定程度的偏移;在相同空心度下,等效应力与载荷并非正比关系。此项研究为通用空心滚子轴承在牙轮钻头中的承载性能预测和结构优化设计以及今后的推广应用提供理论参考。

微小型齿轮副啮合过程的动态接触研究

为研究齿轮在啮合过程中的应力分布,在ANSYS Workbench的Transient structural环境下,设置合理的载荷和约束,使用刚-柔混合模型,模拟了齿轮传动的啮合过程,得出了微型齿轮副传动时Von Mises应力的分布和大小和啮合过程中齿面接触的变化周期。研究表明,最大Von Mises应力出现在主动轮齿根,主要表现为压应力,在单齿啮合周期中压应力占66.7%的时间;在啮合过程中,当上一齿面将要退出啮合而形成单齿啮合区时,当前齿面接触应力将会急剧增加,达到最大值;在齿轮连续啮合过程中,伴随有多次冲击。

渐变形面膝关节假体设计及接触应力分析

目的研究膝关节假体形面轮廓对假体关节面间接触应力的影响。方法基于MRI(magnetic resonance imaging)图像采集建立多角度正常膝关节模型。依据自然膝关节的解剖结构,从中提取出个体膝的结构尺寸及形面特征,设计出渐变形面的膝关节假体,按照全膝关节置换手术的规范流程建立植入渐变形面假体后的全膝三维模型,并通过有限元分析,比较植入假体后对股骨/胫骨关节面等效应力的影响。结果植入渐变形面的假体膝在屈曲角度0°~60°时对于髁面的应力分布影响不大,但大于60°,尤其是80°时,应力分布变化明显;另外,对内/外侧髁面的最大等效应力有较大的改变。结论在膝关节假体的设计建模中,尽量重现人体关节构造,益于保证置换后整个膝关节的协调运作。整个设计过程及方法对于完善和改进假体的设计具有重要的参考意义。

凿岩钎头壳体温挤压凹模的有限元分析

运用有限元分析软件ANSYS的接触分析,对凿岩钎头壳体温挤压成型凹模进行了数值模拟。采用大变形弹塑性有限元方法,接触类型采用面-面接触的半柔体-柔体接触,对不同摩擦系数下,挤压凹模的总体等效应力场、凹模不同剖面和不同表面的等效应力情况、凹模的剪应力进行了分析。结果表明:凹模工作的危险区域分布在成型排粉沟的凸面附近,挤压过程中凹模和坯料之间合适的摩擦系数取值在0.10～0.15之间。结合工业考核,对挤压模具和挤压工艺进行了改进。

粗糙体变形特性对接触过程的应力与应变的影响

运用W-M函数生成分形粗糙表面,建立一个新的双粗糙体接触模型,采用有限元方法模拟仿真了在粗糙体不同变形特性条件下的接触过程,并分析了接触表面的应力分布及不同接触位置的塑性应变随深度的变化规律.结果表明双粗糙接触表面的应力主要集中在个别的较高微凸体上,其应力最大值出现在微凸体肩部区域的位置;等效塑性应变在不同位置沿深度的变化,呈现出不同的规律,微凸体顶部区域沿深度方向的最大等效塑性应变均发生在次表层.材料表层下的塑性应变将会导致材料表层中的夹杂或微观缺陷周围萌生微孔和裂纹源.对比不同变形特性的模型,得出弹塑性-刚体模型的最大应力及应变值都大于弹塑性-弹塑性模型.

船用重载斜齿轮啮合过程接触有限元仿真分析

应用3-D建模软件UG和有限元分析软件ANSYS建立某大型船用减速器斜齿轮多齿啮合的三维有限元非线性接触分析模型。通过接触仿真分析轮齿的变形、综合应力、齿根弯曲应力和齿面接触应力等参数。仿真结果与赫兹理论计算结果相比,说明有限元接触法具有较高的计算精度以及处理复杂边界条件的特点,可为斜齿轮的设计提供可靠的分析手段。

双节段、单节段去松质骨截骨与全脊柱截骨强直性脊柱后凸矫形策略的有限元分析

背景:单节段与双节段的截骨手术常用于治疗强直性脊柱后凸畸形,但制定术前策略时对截骨节段、截骨方式的选择常依赖临床经验。目前国内外对双节段去松质骨截骨及全脊柱截骨的生物力学研究鲜有报道。目的:建立强直性脊柱后凸的单节段、双节段截骨模型,针对全脊柱位移、内固定系统应力、截骨接触面等效应力强度等方面进行比较与探讨。方法:通过MIMICS与Geomagic studio等医学软件建立强直性脊柱后凸畸形全脊柱截骨与去松质骨截骨两种模型,每种模型中再分为单节段截骨与双节段截骨,即L1单节段全脊柱截骨模型、L1单节段去松质骨截骨模型、L2单节段全脊柱截骨模型、L2单节段去松质骨截骨模型、T12L2双节段全脊柱截骨模型、T12L2双节段去松质骨截骨模型、T12L3双节段全脊柱截骨模型、T12L3双节段去松质骨截骨模型8组。导入ANASYS软件对模型进行加载,记录不同截骨工况下的全脊柱位移,以及椎弓根螺钉、连接棒、截骨接触面的等效应力云图。结果与结论:(1)无论是去松质骨截骨还是全脊柱截骨模型,单节段截骨的全脊柱位移小于双节段截骨;无论是单节段截骨还是双节段截骨模型,全脊柱截骨的全脊柱位移小于去松质骨截骨;L2单节段全脊柱截骨模型的位移最小;(2)无论是去松质骨截骨还是全脊柱截骨模型,单节段截骨的内固定装置等效应力均小于双节段截骨;无论是单节段截骨还是双节段截骨模型,全脊柱截骨的内固定装置等效应力均小于去松质骨截骨;其中L1单节段全脊柱截骨的内固定装置等效应力最小;(3)所有单节段截骨模型的截骨接触面等效应力值均较小,未超过28 MPa;在双节段截骨模型中,全脊柱截骨的截骨接触面等效应力值均小于去松质骨截骨;(4)结果表明,单节段截骨的生物力学稳定性优于双节段截骨,全脊柱截骨的稳定性优于去松质骨截骨。

某发电机前联轴器与轴连接结构的弹塑性应力分析

用弹塑性有限元程序计算某600MW发电机前联轴器与轴过盈联接结构体应力。探讨了面接触结构问题中影响弹塑性应力计算结果的接触刚度系数的选取,给出了接触刚度系数选取参考。计算并分析了典型载荷工况应力状况,将弹塑性与线弹性应力计算结果作了比较,表明弹塑性计算结果符合结构的实际应力状态。可供此类结构设计与机组运行参考。

大功率PEMFC装配建模及应力状态分析

大功率质子交换膜燃料电池(PEMFC)由数百个部件层叠装配而成,特征尺度跨度大、接触界面多,难以高效准确预测内部应力分布状态。提出大功率PEMFC电堆装配等效模型,通过交替堆叠10只电池等效体和全尺寸单体电池,实现超400只电堆反应区和密封区应力分布的高效计算。与实验相比,等效模型的预测误差为5.17%。等效模型计算发现,受端板变形的影响,靠近端板的单体电池内部接触压力均匀性较差;当靠近堆心时,单体电池接触压力均匀性提升,反应区压力变大,密封区压力变小。增加端板弹性模量和流道脊槽比,可提升单体电池内部压力均匀性及电池间的应力一致性。

固体润滑滚子轴承的接触表面应力分析研究

为获得固体润滑滚动轴承滚动体与滚道处的接触应力,通过固体润滑滚子轴承拟动力学分析并考虑涂层的影响,获得了滚子轴承稳定运行过程中滚动体的力载分布。通过建立带涂层接触的平面应变问题的力学模型,将涂层与基底两种材料的特性等效为一种材料来求解滚子与接滚道触应力分布情况,并与轴承的拟动力学分析相结合,获得了滚子轴承中滚动体与固体润滑膜接触表面的接触变形、接触半径与外加载荷之间的关系,讨论了不同涂层的弹性模量以及不同涂层厚度对接触界面应力分布的影响。当涂层弹性模量比基底大时,涂层的存在使得接触半宽减少,最大名义接触应力增加;涂层弹性模量比基底小时,则与之相反。当涂层的厚度<0.01mm时,涂层的存在对固体润滑滚子轴承的接触表面应力分布影响较小;在一定范围内,当涂层的厚度逐渐增大时,涂层对轴承接触表面应力分布的影响增大。

非饱和土大气张力通用公式与地基压缩变形初探

提出了"土的压缩变形的变化只取决于有效应力的变化的观点是不成立的。自由水和孔隙气同样具有抗压能力,地基压缩变形应该用总应力计算。有效应力的实质是自由水和孔隙气没有抗剪能力。在抗剪极限状态,颗粒接触有效应力为法向压力,结合水膜和表面张力收缩膜贡献有效应力为法向拉力"。推出了非饱和土大气张力z方向时间应变率表达式。推出了抗剪极限状态非饱和土有效应力的大气张力通用公式。提出了渗流体的"等效压缩模量"的新概念。

基于ABAQUS的陶瓷表面织构化的三维摩擦仿真分析

表面织构技术在降低摩擦、减小磨损、改善润滑、提高承载力等方面具有优异的表现,并逐渐成为解决摩擦磨损问题的一种手段。其中沟织构型表面织构由于其加工方便、价格低廉等特点,成为最具工业应用潜力的一种表面织构形式。运用ABAQUS有限元软件对陶瓷材料织构表面在织沟不同间距、不同深度时的等效应力和接触温度进行三维摩擦模拟分析。仿真结果表明,织构型非光滑表面的等效应力、接触温度均相应小于光滑表面,织构型表面可以减少应力集中,有效降低摩擦接触温度。对研究织构表面变形机理和进行变形预报有一定的借鉴意义。

弧线齿面齿轮应力过程分析

为了给弧线齿面齿轮的齿面接触强度和齿根弯曲强度设计提供理论依据,研究了弧线齿面齿轮的齿面接触应力和齿根弯曲应力随载荷和安装误差的变化规律.在齿面接触分析和承载接触分析的基础上应用弹性理论计算了弧线齿面齿轮副的齿面接触应力和应用有限元应力影响矩阵法计算了该齿轮副的齿根弯曲应力.给出了数字计算实例,计算结果表明:齿面接触强度和齿根弯曲强度在重载时的接触强度和弯曲强度由单齿啮合区的强度决定,轴向安装误差和轴夹角安装误差分别会增加齿面接触应力和齿根弯曲应力,轴夹角安装误差和轴间距安装误差对齿面接触应力影响甚小,而轴向安装误差和轴间距安装误差可以降低齿根弯曲应力,与直齿面齿轮相比,弧线齿面齿轮的接触和弯曲应力明显减小.