基于轮轨法向间隙的车轮踏面优化方法

为了寻求基于目标的铁路车辆车轮踏面数值优化技术,开发一种考虑轮轨法向间隙参数的车轮踏面优化方法。利用该方法优化我国高速列车车轮LMa型面。并发现优化后的LMa车轮和CHN60钢轨滚动接触接触时,轮轨界面之间具有较好的'共形'特性,这样能有效降低轮轨接触应力以达到降低滚动接触疲劳目的。并用车辆轨道耦合动力学理论分析优化的车轮型面对车辆动态特性的影响。数值结果表明,在不降低车辆动力学性能的情况下,此方法可以有效改善轮轨接触点对分布,降低轮轨接触应力。

干燥与饱和岩石裂隙受压变形与声发射特性研究

天然岩体处于各类复杂的地质环境中,定量描述岩石裂隙在各种条件下的变形破坏行为是开展各类与岩石裂隙力学特性相关研究的基础。通过单轴压缩试验和弹塑性接触数值计算研究了两种具有不同岩性的岩石裂隙在干燥与饱和状态下的受压变形破坏行为,并对试验过程中的声发射信号进行了采集分析。结果表明:试验与数值计算得到的法向应力–位移曲线和塑性破坏区域皆基本吻合,验证了弹塑性接触计算方法的可靠性;塑性变形均值增量up随法向应力σn的增长呈现变化速率降低的非线性减小关系,利用力学及几何参数建立的拟合公式可较好地预测该关系;声发射源位置与试验及数值模拟得到的损伤破坏区域基本匹配,干燥状态下两种岩石声发射振铃计数、累计计数均高于饱和状态;声发射振铃计数与塑性变形均值增量的变化趋势基本一致。研究结果定量地揭示了岩石基本力学参数和裂隙表面特征对其受压变形破坏行为的控制作用。

轮轨滚动接触疲劳寿命的计算方法

对列车车辆轮轨滚动接触进行了分析,指出在滚动过程中其接触点位置具有随机性,可以用正态分布规律进行描述。在此基础上,利用LM型踏面车轮与CHN60钢轨发生接触的接触点位置和接触应力计算方法,构建了能够对轮轨滚动接触过程中车轮表面接触点位置、接触次数和接触应力进行计算的方法。应用疲劳损伤积累假说和疲劳曲线方程,构建出能够对实际线路上的车轮表面各点疲劳寿命损伤进行计算的数学模型。应用该模型,针对具体的铁路线路进行了算例计算和研究,得出了车轮的理论疲劳寿命,并对直道和弯道行驶过程中,不同接触位置所形成的疲劳损伤程度进行了计算和分析。

O形橡胶密封圈静密封应力分析及密封性能研究

结合某液压缸采用O形橡胶密封圈实现低压静密封的实例,建立了大直径O形橡胶密封圈与密封副接触的非线性有限元分析模型,得出了其在安装和使用中的等效Von Mises应力和接触正应力分布,据此,对O形橡胶密封圈的力学与密封性能进行了分析,并给出了合理选择O形橡胶密封圈拉伸量与压缩率的理论分析。

非局部摩擦模型下轧制单位力的分析

采用非局部摩擦模型代替库仑摩擦模型研究了轧制过程中接触面上单位压力分布规律,得出了非局部摩擦下的轧制单位压力计算公式,并分析了各种工况条件下非局部摩擦模型与库仑摩擦模型对接触面上单位压力分布影响的差异。

剪切载荷作用下岩体结构面动态接触特征数值模拟

准确认识岩体结构面的动态接触特征是评价和预测结构面剪切行为的基础。首先,通过FISH语言修正了FLAC^(3D)软件自带的INTERFACE本构模型,使其能够准确表达粗糙结构面在剪切过程中的力学行为;然后,采用数值模拟和室内试验相结合的方法对剪切过程中结构面接触和受力的分布及其演化规律进行了研究,分析了法向应力和结构面粗糙度系数(JRC)对接触特征的影响规律;最后,研究了结构面表面形貌-接触特征-剪切应力3者间的关系,揭示了结构面剪切应力演化机理。结果表明:FLAC^(3D)自带INTERFACE模型无法很好地模拟结构面峰后剪切行为,是由于结构面凸起未啃断导致黏聚力和法向应力偏大,通过对INTERFACE破坏单元的黏聚力和法向刚度进行修正可很好地模拟结构面的损伤破坏行为。随着剪切位移增大,结构面的接触面积逐渐减小,但最大渗透深度却不断增加;随着法向应力的增大,结构面的接触面积和渗透深度都增大;随着JRC的增大,结构面的接触面积减小,最大渗透深度增大。剪切过程中结构面接触面积逐渐减小,结构面剪切应力集中现象越来越显著,当INTERFACE单元达到最大剪切应力后,最大剪应力分布范围增大;随着法向应力增大,结构面剪切应力分布范围和高剪切应力的分布范围都增大;随着JRC增大,结构面接触面积减小,但高剪切应力的分布范围显著增大。临界视倾角是判断结构面接触面积的重要参数,其随着结构面剪切位移的增大而增大,但增加速度逐渐变缓,呈幂函数关系;临界视倾角随着法向应力的增大而减小,随着JRC的增大而增大。结构面的剪切应力与接触面积有较强的相关性,不同剪切位移阶段的结构面接触面积比下降速率不同,弹性阶段下降最快,位移-软化阶段次之,残余阶段下降最慢。

弧面凸轮机构的压力角和曲率分析

以微分几何理论作为数学工具 ,根据空间曲面啮合原理 ,给出了弧面凸轮机构压力角和曲率的计算公式 ,利用VC ++编制了弧面凸轮机构压力角和曲率分析程序。以弧面凸轮机械手中的提升凸轮为例 ,用计算机分析、绘出了凸轮副压力角和诱导主曲率在各种情况下的变化曲线 ,并据此对凸轮副压力角和曲率的变化规律进行了分析与总结。

新型双向密封件的接触变形及应力分析

利用大型非线性有限元分析软件ABAQUS,建立X型和V型组合式密封件的轴对称有限元模型,分析其在沟槽内受压缩的几何变形与接触应力分布规律,比较了该类型组合式密封件与工程上常用的滑环式组合密封圈的应力分布情况。结果表明:新型组合式密封圈低压时也能很好地密封,而且密封件整体宽度大,可以承受更大的径向载荷。滑环式组合密封圈摩擦阻力小,耐磨性良好,其结构可以承受较高的油压,适合于动、静密封。新型组合密封圈的单位面积上摩擦功耗小,适用于旋转密封或摆动密封。

干气密封动静环摩擦界面热弹法向接触刚度分形模型

基于分形理论,根据重新建立的微凸体接触模型,并考虑微凸体弹性变形以及热应力变形,建立了干气密封两摩擦界面热弹性法向接触刚度计算模型,并对其影响因素进行了数值分析。研究结果表明:热法向接触刚度、弹性法向接触刚度均随无量纲真实接触面积、分形维数增大而增大,而随特征尺寸增大而减小,其中分形维数、特征尺寸对弹性法向接触刚度影响较为显著;摩擦因数对热法向接触刚度和弹性法向接触刚度的影响相反,摩擦因数增大,热法向接触刚度变大,而弹性法向接触刚度变小;热法向接触刚度随着转速以线性方式增大。摩擦界面热弹法向接触刚度分形模型的建立与分析,将为研究考虑热效应的干气密封摩擦振动奠定一定基础。

法向应力作用下砂岩错位裂隙变形行为研究

受地质活动影响,天然裂隙往往存在不同程度的变形错位,对此类裂隙在法向应力作用下的变形行为尚缺乏定量的描述和评价,文献中经典裂隙变形模型的适用性尚未得到试验和数值模拟的验证。通过法向加载试验和弹塑性接触数值计算研究了具有不同错位的砂岩裂隙在法向应力作用下的变形破坏行为。采用经典的双曲线模型、统一指数模型和对数模型拟合了应力-位移曲线,确定了模型中参数的变化规律。结果表明:试验得到的应力-位移曲线与塑性破坏区域与数值计算结果基本吻合,验证了自主开发的弹塑性接触计算程序的可靠性;双曲线模型和对数模型在应力水平较小的阶段与数值计算结果存在较大偏离,而统一指数模型通过引入系数n,能够较好地匹配整个加载过程中的应力-位移关系;模型中的最大闭合量Vmax与裂隙最大开度正相关,初始法向刚度K_(ni)与岩石弹性模量正相关,与裂隙表面粗糙度和错位率负相关,系数n与裂隙表面粗糙度和错位率正相关;基于上述规律建立了针对V_(max)、K_(ni)和n的预测公式,预测结果与试验结果吻合良好。

横向正应变对梁接触问题的影响

应用深梁理论，分析了受均布荷载悬臂梁与刚性地基接触的全过程．消除了接触区间端点的集中反力，其接触区间明显大于只考虑剪切变形的梁理论的结果．

复杂弧面凸轮曲率和应力分析及其CAD

以旋转矩阵算子和微分几何理论作为数学工具 ,根据空间曲面啮合原理 ,探讨了复杂弧面凸轮曲率和接触应力的计算方法 ,对有关计算公式进行了修正 ,利用VC ++编制了弧面凸轮曲率和接触应力分析的程序 ,用计算机分析、绘出了凸轮诱导主曲率的变化曲线 ,并给出了应用实例。

基于动力学分析的大重合度直齿圆柱齿轮强度计算

为了探索大重合度直齿圆柱齿轮的承载能力,以2排交错布置、具有纵向重合度的直齿圆柱齿轮为研究对象,基于由动力学分析得到的轮齿间动态法向力的变化规律和齿轮的啮合点位置,采用有限元分析法计算其齿根弯曲应力,利用Hertz公式计算其齿面接触应力。通过计算可知:与静态工况相比,考虑齿轮传动系统动力学效应时,大重合度直齿圆柱齿轮的最大齿根弯曲应力增大了22.49%,最大齿面接触应力增大了10.94%;与渐开线标准直齿圆柱齿轮相比,大重合度直齿圆柱齿轮的最大齿根弯曲应力减小了17.08%,最大齿面接触应力减小了43.79%。结果表明,大重合度直齿圆柱齿轮的强度大幅提升,应用潜力巨大。

面齿轮传动齿面几何特征与接触应力关系

研究了点接触面齿轮传动的齿面主曲率与主方向以及面齿轮传动中诱导法曲率的2个主值,探讨了影响齿面曲率及齿面诱导法曲率的因素,仿真分析了齿面的接触应力分布以及主要的几何参数对接触应力的影响。研究结果表明:齿面几何特征对齿轮传动的性能有重要影响,为了降低齿面的接触应力,在面齿轮的传动应用中,应尽量采用较多的齿数、较大的模数、较大的压力角和较小的齿数差。

金属直角切削中刀—屑接触长度及前刀面上最大正应力的新计算方法

本文中采用光弹试验法测得的刀具前刀面上的应力分布规律,根据作用于切屑上力的平衡条件,得出一种新的计算刀——屑接触长度及作用于前刀面上的最大正应力的计算公式。在得到的公式中,除考虑了前人所得公式中考虑的因素之外,又引进了刀具、工件材料等影响因素。若通过试验确定切削速度的影响系数,则该公式可以作为经验公式使用。

子午线轮胎扁平率与接地特性的关系

以205/55 R16子午线轮胎为研究对象,改变轮胎横截面的宽度,分别建立扁平率为45%,50%,55%,60%和65%的轮胎有限元模型,利用Abaqus软件对不同垂向负荷和充气压力下5种扁平率轮胎进行静态接地特性(接地印痕和法向接触应力)分析。仿真结果表明:随着扁平率的增大,沿轮胎轴向的接地印痕宽度减小,沿轮胎滚动方向的接地印痕长度在扁平率为60%或65%时最大;扁平率对轮胎接地印痕面积的影响较大,扁平率越大,轮胎的法向接触应力分布越不均匀,翘曲现象越明显;相同扁平率的轮胎,垂向负荷越大,胎肩处的法向接触应力越大,而充气压力越大,胎面中部的法向接触应力越大。

摆线钢球行星传动十字槽等速输出机构的力学性能

针对锥形或球形槽截面对十字槽等速输出机构啮合点力学性能的影响,提出等曲率半径双圆弧的十字槽结构.利用啮合点法向变形量与轴向微位移的几何关系,根据赫兹接触理论推导出轴向微位移计算公式.建立了十字槽四点接触力学模型;通过轴向力和力矩平衡方程,求得十字槽啮合点的法向力;分析了参数对法向力和接触区应力的影响规律.结果表明:十字槽啮合点的法向力呈周期性变化,钢球数对法向力的影响最大,输入轴偏心距对法向力的影响最小;增大钢球半径可减小接触区正应力以及切应力峰值,减小半径系数可减小接触区正应力以及切应力峰值.

面齿轮啮合过程中齿面接触应力分布研究

利用微分几何学原理推导了面齿轮传动的齿面主曲率与主方向,由此得出面齿轮传动中诱导法曲率的2个主值。分析了面齿轮传动中的主要参数对曲率的影响,并根据面齿轮接触点主曲率和两弹性体弹性系数与接触椭圆区域的关系,确定了面齿轮啮合的接触域;同时,分析了面齿轮在理想啮合状态下的齿面接触压力的分布和变化,并进行了仿真分析。研究结果表明:面齿轮啮合过程中,齿面接触应力沿齿宽方向,靠近边缘两端的应力较大,靠近外边缘的应力最大,而齿面中部的应力最小。因此,面齿轮传动设计中应考虑齿面修型,使面齿轮啮合的接触点靠近齿面中部,以提高面齿轮的承载能力,改善轮齿啮入啮出时的冲击。

考虑车轮不圆的轮轨法向接触问题研究

建立了描述车轮不圆的轮轨三维模型,并假设切向接触对法向接触不产生影响,采用非赫兹接触理论探讨了车轮不圆对轮轨法向接触的影响。分析了正常情况下车轮横移量对轮轨法向接触的影响,并研究了车轮二阶不圆且滚动1/3周的轮轨法向接触变化特性。计算结果表明,接触斑外形可能有多种形状;车轮不圆会引起较大的接触应力。

基于离散元法的岩石单轴压缩模型建立及参数校核

建立基于离散单元法的脆性岩石单轴压缩可靠模型,通过单一变量数值模拟方法,分析4个关键参数对应力-应变曲线的影响,并较准确地模拟真实岩石的力学性能。通过仿真试验可得出结论:临界切向应力主要影响轴向压缩力-应变曲线的最大值,随着临界切向应力的减小,曲线的最大值逐渐减小;临界法向应力主要影响曲线的下降段,随着临界法向应力的减小,曲线的下降段斜率逐渐增大;切向接触刚度对曲线的3段均有影响,随着切向接触刚度的线性增加,曲线的上升段斜率逐渐增大,曲线最大值逐渐增加,下降段斜率逐渐增加;法向接触刚度主要影响曲线的最大值,随着法向接触刚度的增加曲线的最大值增加。当选取黏结参数:法向接触刚度400 MN/m^3、切向接触刚度为300 MN/m^3、临界法向应力为40 kPa、临界切向应力为20 kPa,按照这组参数标定可以较可靠地模拟出大庆三肇地区2 500~3 000 m深的岩石特性。