基于弹性滚子接触模型的防滑纹对平板式动态汽车衡称重准确度影响分析

动态称重时秤台防滑纹的垂向起伏会引起车辆发生振动,影响称重准确度。为此,建立了车辆称重过程的动力学模型,考虑轮胎的包容特性,建立弹性滚子接触模型,得出的防滑纹等效路面作为动力学模型的输入激励,分析各种因素作用下平板式汽车衡新型防滑纹对称重准确度的影响。仿真结果表明:随着防滑纹宽度增大,车辆的振动力变大,称重误差随之增大;凹坑型防滑纹间距为235 mm时产生的激励频率接近于车辆的固有频率,引起车辆和秤台共振,称重误差最高可达0.21%。三角形状凹坑类型的防滑纹产生的振动力以及称重误差均低于矩形凹坑;车速越快,防滑纹的产生称重误差越大。

基于线性接触模型的颗粒材料细–宏观弹性常数相关关系研究

细观参数的正确选取是离散元模拟成功的关键,然而,目前细观参数的选取具有一定的人为性和不确定性,导致分析结果的不可比性。利用颗粒材料单元体宏观力学参数和颗粒细观参数间的相关性,通过室内三轴试验的PFC3D模拟和结果的回归分析,基于线性接触模型建立了颗粒材料初始杨氏模量、初始泊松比等宏观弹性常数与颗粒法向刚度、颗粒刚度比等细观弹性常数间的经验公式。研究结果表明:对于线性接触模型,颗粒材料的初始杨氏模量和剪切模量约与围压的1/10次方成正比,并约与颗粒粒径的0.9次方成反比。初始泊松比则约与颗粒刚度比的1/14次方成正比,而与颗粒粒径几乎无关。常见砂土的颗粒刚度比为2.0～20.7。

基于Hertz接触理论的转子碰摩模型

对转子系统转、定子碰摩故障的过程进行了研究 ,建立了一个基于Hertz接触理论的转子非线性碰摩模型。通过对不同碰摩模型进行理论分析及数值仿真的对比研究表明 :基于Hertz接触理论的非线性碰摩模型能更深刻地反映转、定子碰摩过程的本质特征 。

刚体碰撞的Hertz接触力模型比较分析

对以Hertz接触理论为基础的四种接触力模型进行了比较分析,并通过两球一次对心碰撞过程数值模拟结果来进一步说明不同接触力模型的特性,仿真结果表明:与纯弹性接触力模型相比,Hunt-Crossley(H-C)接触力模型、Lankarani-Nikravesh(L-N)接触力模型以及Flores接触力模型由于考虑了碰撞过程中的能量损失,因此更加符合实际碰撞情形。此外后三种接触力模型中,H-C接触力模型和L-N接触力模型更适合用来处理大恢复系数的碰撞问题。在分析间隙机构的动力学特性时,可以为接触力模型的合理选择提供依据。

两任意轮廓弹性体接触应力计算的分形模型研究

为深入探求两任意轮廓弹性体接触的表面应力状态,在传统接触理论和新型分形接触模型理论的基础上,建立两任意轮廓弹性体接触应力计算的分形接触模型,并通过两球体的应用模型实例预测该模型,证明模型的正确性。该模型综合考虑两任意轮廓弹性体的微观因素和宏观特性对接触应力的影响,保证应力计算结果准确性更高,为进一步相关产品的接触应力计算提供新的理论方法。

土与结构间接触面的非线性弹性-理想塑性模型及其应用

将非线性弹性理论与弹塑性理论相结合,对于土与结构间接触面提出了一种非线性弹性-理想塑性模型,用于模拟土与结构相互作用体系的变形与破坏机理。推导建立了这种接触面单元的应力-应变关系和弹塑性系数矩阵,并且讨论了这种模型在基坑开挖与支护分析应用中所面临的数值计算问题。最后针对某一基坑工程实例,应用这种接触面模型进行了数值计算与分析,结果表明,该模型能够较合理地模拟接触面上的变形机理与受力状态。

基于Hertz模型的海洋立管束碰撞力计算方法研究

立管是海洋油气开采的关键设备之一,其在流致振动作用下,相邻立管可能会发生振动碰撞损伤。基于Hertz模型,针对不同夹角下的两根立管碰撞的碰撞力计算开展研究。借助有限元方法探讨海洋立管局部碰撞过程,立管的直径选取为工程应用较为广泛的30.48 cm,截取长度基于相关碰撞参与长度来确定,径厚比范围为16~60,分别设置立管碰撞时的速度为0.25 m/s、1.5 m/s、2.4 m/s和3 m/s,分析两根立管夹角和立管径厚比等对于Hertz模型计算精度的影响。研究发现:两根立管夹角越小和径厚比越小,Hertz模型得到的碰撞力误差越大;通过在Hertz模型中添加与径厚比相关的系数,对Hertz模型进行了修正,最终得到了关于立管束碰撞力的精确计算方法。

基于粘弹性接触模型的行波型超声波电动机特性模拟

基于粘弹性摩擦层在定子表面的行波超声波电动机接触模型,利用MATLAB方法,模拟分析了摩擦材料的厚度和弹性模量对电动机特性的影响。分析结果表明,摩擦材料厚度越小,弹性模量越大,电动机的负载特性越好。当摩擦材料的厚度在0．5 mm以下、负载力矩在36 N·mm以上时,界面转换效率值较高。而当磨擦材料的厚度在0.2 mm左右时,界面转换效率有一个最大值。因此,摩擦材料的厚度一般应选择0．2 mm。当摩擦材料的弹性模量大于1．5 GPa时,在较大的负载力矩范围内,电动机的界面转换效率均较高,因此电动机具有较好的驱动能力。这些结果对电动机摩擦材料的选择有一定的理论指导意义。最后将此模型与现今研究较多的柔性转子和刚性定子模型进行了比较。结果表明,以此模型为基础的行波型超声波电动机可以获得较大的输出力矩。

一种修正的含间隙转动副双弹性层接触力模型

采用现有双弹性层接触力模型计算考虑涂层的含间隙转动副法向接触力时,为保证计算精度需要反复试算来确定合适的离散角度,导致计算过程复杂且耗费时间。针对上述问题,基于Winkler弹性基础模型和Hertz椭圆形压力分布假设推导出了接触力与法向变形量的解析表达式,建立了一种修正的双弹性层接触力模型,避免了对接触角进行离散。通过对比分析解析解和有限元数值解,结果表明修正的双弹性层接触力模型既能保证计算结果准确性又能显著降低计算耗时。

基于Hamaker假设的黏着接触弹性模型

为研究微纳米系统中的黏着接触问题,基于Hamaker假设和Lennard-Jones的势能定律,通过积分方法得到了球体与平面间的黏着力,同时结合经典弹性理论建立了一种新型的球体与平面黏着接触的弹性模型．该模型可以同时得到平面轮廓随间距的变形过程及黏着力和平面变形量随间距的变化规律,当球体半径较大时,所建模型与基于Derjaguin近似的黏着模型给出的结果基本一致,随着球体半径的逐渐减小,2种模型的差异逐渐增大,这是由于Derjaguin近似的误差随球体半径的减小而增大引起的．因此,当球体的半径趋近纳米级时,基于Hamaker假设的黏着接触模型消除了Derjaguin近似所带来的误差,可以更加准确地给出黏着力和平面变形量随间距的变化规律．

粗糙表面接触的弹性、弹塑性、塑性分形模型

在M B模型的基础上考虑了材料的弹塑性变形过程和接触界面摩擦的作用建立了粗糙表面接触的弹性、弹塑性、塑性分形模型 .分析表明 ,M B模型适用于理想的弹性 塑性材料 ;摩擦副接触界面间的摩擦力对接触状态有较大的影响 ,摩擦力的作用使临界弹性接触面积增大 ,从而增大了弹塑性和塑性变形的可能性以及实际接触面积中弹塑性和塑性接触面积的比例 ;材料的应变硬化程度对接触状态有一定的影响 ,硬化程度越高 ,接触状态越趋于弹性接触 ,硬化指数越大 ,硬化程度越弱 。

基于细观弹性接触的多相颗粒材料本构模型

在考虑了颗粒间细观弹性接触关系的基础上 ,使用微力学方法得到了随机堆积的多相颗粒材料非线性弹性本构模型的一般形式 .为了说明模型的特点 ,本文给出了非线性弹性模型在静水压条件下和一维应变条件下的具体形式 .模型清晰地反映出不同相颗粒间的接触对整体本构的贡献 .

基于粘弹性材料标准固体模型的接触问题数值方法研究

基于粘弹性材料标准固体模型给出了一种求解刚性滚筒以给定速度滚过粘弹性体问题的数值解法。在这一方法中,问题的解被展开成付立叶级数的形式,以标准固体模型描述粘弹性材料的力学性能,借助标准固体模型三维微分形式的本构方程来建立付立叶级数各阶系数之间的函数关系,从而在粘弹性体的边界上建立边界元方程实现问题的求解。最后,以一个移动载荷作用在粘弹性半空间上的算例验证了方法的正确性。

基于Hamaker假设的黏着接触弹性模型

为研究微纳米系统中的黏着接触问题，基于Hamaker假设和Lennard-Jones势能定律，通过积分方法得到了球体与平面间的黏着力，同时结合经典弹性理论建立了一种新型的球体与平面黏着接触的弹性模型，该模型可以同时得到平面轮廓随间距的变形过程及黏着力和平面变形量随间距的变化规律，当球体半径较大时，所建模型与基于Derjaguin近似的黏着模型给出的结果基本一致，随着球体半径的逐渐减小，两种模型的差异逐渐增大，这是由于Derjaguin近似的误差随球体半径的减小而增大引起的，因此，当球体的半径趋近纳米级时，基于Hamaker假设的黏着接触模型可以给出更加准确的结果。

基于界面相互作用的黏附接触数学模型研究进展

黏附接触现象在各个领域都有着很重要的作用和影响。若要分析物体间的黏附接触行为,则建立相应的数学模型是有效的方法之一。现有文献中的数学模型种类繁多,对于不同受力情况下的黏附现象所适用的理论也不尽相同。针对常见的黏附现象,按照其不同的受力形式分为弹性体接触、粗糙表面黏附及基材表面剥离等几大类,分别对以上几类接触行为采用的理论模型及其应用进行了归纳分析整理。综合叙述了基于计算机模拟技术的现代仿真模型的基本原理、应用和发展,重点介绍了适用于一般物体之间黏附行为分析的通用模型,以期为黏附接触领域的研究和建模提供指导和参考。对于弹性体接触的情况,重点介绍了经典力学接触理论的基本公式和适用类型,包括Hertz接触理论、JKR模型和DMT模型等,并依据Tabor数讨论了JKR模型与DMT模型的差异。对于粗糙表面的黏附接触,重点介绍了Greenwood和Williamson(GW模型)所提出的多凸起模型的基本理论和局限性。对于材料的表面剥离情况,重点介绍了剥离力学中应用最广泛的Kendall剥离模型的基本理论。对于现代仿真技术手段,重点介绍了分子动力学模型(MD模型)和有限元模型(FEM)的基本思想和优缺点。之后分别对以上各类模型的拓展完善、应用领域及研究进展进行了归纳总结,最后对黏附接触领域数学模型的发展方向进行了展望。

一个人膝关节弹性咬合接触的生物力学模型

基于人膝关节的解剖特征 ,在文献和试验的基础上 ,对膝关节解剖结构作了适当的简化 ,从而根据赫茨理论 ,建立了膝关节股骨与胫骨弹性咬合接触的生物力学模型 ,并获得了膝关节弹性咬合接触的最大咬合接触应力、咬合接触面积和相对咬合接触变形的定解形式。这些解的结果 。

基于Hertz接触模型的碰摩转子动力学响应研究

根据Jeffcott转子的碰摩原理,在线性碰摩微分方程的基础上,基于Hertz弹性接触理论描述非线性碰摩力,建立了非线性碰摩模型,对线性模型和Hertz模型进行了比较。鉴于汽轮机碰摩位置的碰摩半径、材料都不相同,利用Hertz模型研究的不同刚度下的碰摩动力响应对判断碰摩位置有指导意义。

机床螺栓结合部等效材料法向接触弹性模量的分形模型

根据赫兹接触理论首次提出了单个微凸体的正应力-正应变本构关系,给出了两个微凸体之间互相作用的法向接触弹性模量。考虑表面粗糙度和载荷分布的不均匀性,根据MB模型给出了结合部等效材料的总法向接触条件弹性模量、总条件法向载荷的解析解。在弹性范围内,结合部等效材料的总法向接触弹性模量是以下10个输入参数:两接触表面的2个弹性模量、2个泊松比、表观压应力、表观面积、较软材料的硬度、较软材料的屈服强度、分形粗糙度参数、分形维数的复杂函数。总法向接触弹性模量基本上线性地随总法向表观压应力的增加而增加,还非线性地随分形维数的增加而增加,但非线性地随表面粗糙度的减小而增加。

基于Hertz弹性接触的船舶推进轴系非线性校中计算

针对大型商船推进轴系中尾管后轴承,且尾轴在螺旋桨重量作用下存在弯曲变形,导致尾管后轴承后端存在边缘载荷的特点,研究了轴系校中计算中尾管后轴承Hertz接触模型的非线性建模方法。以第二代四十万吨矿砂船轴系为对象,采用平面梁单元,建立轴系校中有限元模型;同时将尾管后轴承分成多个轴承分段,使用Hertz接触模型模拟各个轴承段与轴的接触形态,并用迭代法求解了具有非线性边界条件的梁单元有限元模型。对根据尾管后轴承单支点模型的计算结果确定的几组尾管后轴承SLOPE值进行了计算对比。研究发现,基于Hertz弹性接触的尾管后轴承多点支承的非线性模型,可以得到尾管后轴承的最大接触压力、各个轴承段的支反力等分布情况,可以更好地优化尾管后轴承的SLOPE设置,要优于传统的单支点固定约束模型。

粗糙表面接触模型的研究进展

实际工程中的接触表面都不是绝对光滑的,当两物体相互接触时,真实表面的接触实际上是微凸体间的接触。粗糙表面间的接触行为对摩擦、磨损、润滑、密封和传热等有着重要的影响,是摩擦学研究的主要课题之一。介绍了Hertz弹性接触模型、统计学接触模型和分形接触模型,对粗糙表面接触模型的研究现状和进展作了分析和评述。由Hertz模型只能求解一些几何形状比较规则的物体,应用范围非常有限;各种统计学模型都是经过简化的理想模型,这些简化究竟能导致多大误差目前还没有精确的分析;分形模型利用了包含全部表面粗糙度信息的分形参数D和G,其对粗糙表面接触性质的预测不受仪器分辨率和取样长度的影响,使预测具有惟一性或确定性。