热循环下铝/钢连续驱动摩擦焊接接头应力应变分析

利用ABAQUS有限元软件,建立了一个新的连续驱动摩擦焊接头热-力耦合过程的数值模型,分析了试验过程接头温度场、应力应变分布规律,通过与实际试验结果的对比,验证模型的准确性。得出如下结论:热循环过程中,冷却及低温保温过程是热应力最大的阶段;接头颈缩形貌和产生位置与试验结果吻合较好,颈缩位置与实际试验相对误差为6%,颈缩现象的本质是铝在自由膨胀收缩时应力超过强度极限产生的塑性变形。在拉伸断口观察到解理断裂圆环,其位置、宽度与模拟结果的应变集中区域吻合度高。该模型较准确的模拟了连续驱动摩擦焊接头的热-力耦合过程,为实际生产和工艺优化提供了有力支持。

全滑动状态下轮轨接触热弹性应力

用有限元法建立了轮轨接触热-机械载荷耦合计算模型.在传热模型中考虑了轮轨间非稳态热传导以及轮轨与环境的热对流和热辐射.着重分析因全滑动磨损轮轨接触斑扩大过程中的温度场和应力场,磨损速度对热弹性应力场的影响,以及轮轨在热-机械载荷共同作用下材料最易发生破坏的位置.计算结果表明,磨损速度对磨损过程中温度场和应力场的影响很大,轮轨接触表面附近的最大剪应力和剪应变平面与滑动方向所成夹角约为50°和140°.

轮轨滑动摩擦生热分析

利用ANSYS有限元软件建立轮轨滑动摩擦热-结构耦合简化模型,针对特定载荷、摩擦因数和相对滑动速度工况进行了轮轨的温度场和应力场研究。结果表明:轮轨处在滑动摩擦状态时,需考虑材料参数随温度变化的影响;热影响区分布于轮轨表面很薄层,并在此薄层产生很高的热应力;随着轴重力、摩擦因数和相对滑动速度的增大,轮轨的热效应越明显。轮轨滑动过程的热效应问题研究将有助于揭示接触过程中的表面磨损机理。

全制动工况下轮轨热-机耦合效应的分析

采用有限元法从摩擦热效应角度探寻轮轨表面破坏的原因,建立了轮轨热-机械载荷耦合接触模型,分析纯滑动接触过程中轮轨的温升以及热应力,模型中考虑了轮轨间非稳态热传导、与环境的热对流和热辐射以及轮轨间的接触计算,分析了滑动接触过程中应力场的分布特点以及速度的影响.结果表明:所采用的接触算法能够求解二维轮轨全制动工况下的热接触问题;轮轨摩擦热效应只存在于表层,其影响随着深度增加而减小;轮轨的相对滑动速度越高,其热效应越明显.

机匣碰摩热应力梯度变化影响分析

针对航空发动机叶片-机匣碰摩故障产生局部热应力问题,考虑碰摩产生冲击热应力对机匣强度的影响,提出对叶片、机匣碰摩的局部细节进行数值分析。首先建立叶片-机匣碰摩模型,然后分别进行接触分析和热-结构耦合分析,得到接触处应力梯度变化和碰摩产生的温升。通过分析结果,判断碰摩产生冲击热应力是否达到材料屈服极限及碰摩产生热是否会引起结构破坏。研究结果表明:碰摩产生热使得接触处最大应力增加,尤其是机匣上的应力,但应力场分布梯度不变;碰摩产生冲击热应力低于材料屈服极限,但会随时间累积,其影响不可忽略。

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。

高温自润滑包覆体胞热驱模型的研究

根据金属基粉末冶金自润滑材料的微结构特点,建立了自润滑材料的包覆体胞单元模型,并基于所建立的体胞单元模型,对摩擦热-应力耦合场中包覆体胞单元模型的自润滑机理进行了数值模拟研究,分析了摩擦系数、包覆体材料强度及孔隙度等参数对体胞单元包覆核材料驱动作用的影响。结果表明:在其他条件不变的情况下,包覆核材料向包覆体外的排出量随着摩擦系数、包覆体材料的强度、孔隙度的上升而增加。

考虑摩擦约束时面板温度应力的有限元分析

本文介绍了用有限元法模拟接触摩擦的方法 ,并计算分析了堆石体的摩擦约束对面板温度应力的影响 .研究分析表明 ,摩擦约束引起的平均拉应力最大值出现在靠近趾板的中下部 ,当摩擦角小于坝坡角时 ,面板内不会产生贯穿的拉应力 ,摩擦角大于坝坡角时 ,拉应力分布的数值存在上限 ,达到上限值之后 ,板内平均拉应力不再随温度变化而增大 .提高坝坡平整度 ,减小堆石体对面板的约束是避免贯穿裂缝的有效措施 .

滚滑工况下轮轨摩擦生热分析

随着铁路的高速化和重载化,车辆运行环境日益恶化,破坏的程度也越严重。应用有限元分析软件ANSYS建立了轮轨摩擦接触时的热弹性平面应变有限元模型,分析了不同蠕滑率、摩擦因数以及轴重对轮轨表层温升和应力的影响情况。结果表明:高速列车滚动运行时,温升不高,但也产生了可观的热应力;车轮滚动过程中承受冷热交替的载荷,很容易产生破坏;随着轴重、摩擦因数和蠕滑率的增大轮轨的摩擦热效应越明显。摩擦生热的计算分析对于揭示热损伤机理有很大的指导意义。

液体黏性传动装置摩擦副瞬态热应力耦合

结合热流密度和边界条件,根据热传导理论建立液体黏性传动装置对偶钢片瞬态热应力耦合理论模型,并采用有限元法求解。根据带式输送机实际工况,对摩擦副边界摩擦阶段的瞬态热应力耦合场进行理论和试验研究。研究结果表明:对偶钢片表面温度随对偶钢片半径r增大而升高,但是最高温度出现在r=170 mm处,并不在外径r=180 mm处,原因是外径处对偶钢片与工作油存在对流换热;径向各点的表面温度随边界摩擦时间呈指数关系增长;当边界摩擦时间15 s时,最高温度可达465.9℃,表面发生烧伤甚至胶合现象;同时,径向温度分布不均导致内应力的产生,最大热应力达832 MPa,大于材料屈服应力,对偶钢片产生塑性变形。因此,在研究液体黏性传动特性时必须考虑对偶钢片变形,以便为液黏传动装置的设计提供更可靠的理论依据。

高温自润滑材料孔隙结构及其润滑剂驱动研究

采用有限元分析中的单元"生死"技术,对高温自润滑材料孔隙中润滑剂的动态析出过程进行了有限元分析,研究了摩擦热-热应力耦合作用对自润滑材料孔隙中润滑剂的驱动作用。研究表明:随着孔隙中润滑剂的减少,孔隙壁的变形逐渐增大;当孔隙中润滑剂高度小于孔隙高度的1/2时,孔隙壁变形对润滑剂的挤压驱动作用逐渐减小。当孔隙高度与孔隙直径之比大于4时,因摩擦作用而析出至摩擦表面的润滑剂体积量较稳定;当孔隙高度与孔隙直径之比小于4时,所析出润滑剂体积量变化较大,并且有明显减小的趋势。

非光滑表面制动盘摩擦磨损性能有限元分析

基于摩擦试验要求的外形尺寸和非光滑结构的设计尺寸,建立了非光滑表面刹车盘/片模型,通过分析制动过程中接触压力与摩擦热之间的交互作用关系,建立了制动盘/片的热-应力耦合分析模型,并应用Ansys/LS-DYNA对非光滑表面刹车盘/片系统的摩擦磨损性能进行了有限元分析.分析结果表明:当盘孔间距为1 mm,盘孔直径为0.8 mm时,非光滑刹车盘/片试样呈现最小的von Mises应力,为耐磨性最佳的非光滑形态.通过摩擦磨损试验得到与模拟相应试样的磨损量及动摩擦系数,比较后发现二者均体现出与模拟结果中von Mises应力相一致的变化规律,验证了模拟分析结果的可信性.

盘式制动器摩擦副热力场应力场耦合分析

盘式制动器以制动平稳、制动感良好等优点在汽车上得到广泛应用。其摩擦副温度、应力等多场耦合是设计和选材的重要参考。根据其结构特点和工作性能,以摩擦副的多场耦合为分析对象,建立其三维分析的有限元模型,采用非线性相关理论和分析方法,对制动器的工作过程进行模拟分析。分析结果可知制动器摩擦副的多场分布规律,在制动器的轴、径等两个方向上,温度场存在着明显的温度变化,与之对应的也有非常大的热应力。采用制动器实验进行模型验证,实测温度变化曲线与温度仿真曲线变化趋势一致,证明所建立的制动器仿真模型及分析结果的准确性与可靠性,为同类研究提供参考。

热压缩流变应力曲线的修正方法

对低碳Si-Mn系TRIP钢的单次热压缩实验的结果进行了研究。根据熔点时压缩应力极小的状态,提出了一种简单的修正热效应对热压缩流变应力影响的方法。结合修正摩擦对热压缩流变应力影响的理论公式,修正了实验数据的误差。

对基于恢复时间的剪稀流变模型的进一步探讨及其对squalane油品流变特性的模拟

本文作者前期基于球-杆变形后恢复到原状态的时间,建立了新的形式较简单的流变模型,并模拟了黏度较高的聚合油PAO 650的摩擦系数曲线.本文中将该模型的应用范围进行了推广,模拟了黏度较低的squalane油品的流变特性.把该流变公式应用到点接触热流变弹流润滑的数学模型中,通过与试验测得的摩擦系数的比较确定了使用该模型时squalane油品的待定参数值,进而得到了点接触热流变弹流润滑的完全数值解.结果表明:解得的压力、膜厚和温度的变化规律均符合预期,且摩擦系数曲线与试验结果整体吻合性较好.新流变模型对高、低黏度的油品均能得到合理的流变特性曲线,说明作者的基于恢复时间的流变模型具有一定的正确性和可应用性.另外,由新模型计算得到的squalane油品的剪应力曲线呈现出一近似水平段,这也在一定程度上解释了流变试验文献中多次提到的极限剪应力现象.

离合器接合过程中热-应力耦合分析

对于摩擦离合器接合过程系统承载复杂,相关研究文献较少的现象,基于有限元数值仿真算法,以某湿式多片摩擦离合器为研究对象,考虑不同转速工况下,研究离合器接合过程中摩擦片的温度响应及热应力响应。研究表明,在不同转速工况下,摩擦片达到热平衡的时间基本相同,离合器系统达到热平衡时间随着转速的增大而增大;摩擦表面和非摩擦表面的温度上升及下降趋势有明显不同。

断层作用热模型及其对烃源岩热演化的影响

从盆地的应力状态分析入手,从断层摩擦生热的角度,建立了断层作用生热的定量模型。在此基础上,确定了断层摩擦产生的热量与断层的性质、深度、构造应力和流体压力等之间的定量关系,定量分析了断层摩擦生热对烃源岩热演化的影响。结果表明:断层作用的生热量主要决定于断层的深度,构造应力的大小、流体压力、断层的位移量、断面摩擦系数等;断层的活动速率对断层摩擦的生热量没有影响,但对断层带内产生的温度却起决定性的作用;在断层快速活动的条件下(地震型),断层摩擦生热虽然可以产生很高的温度,可以造成断层面附近岩石的局部熔融,但其影响范围和影响持续的时间是十分有限的。

马氏体相变的界面吸引子模型

从经典的马氏体相界面运动方程出发,利用相平面分析,证明具有界面摩擦的马氏体相界面是吸引子,与理想的马氏体相界面的孤立子特征不同.通过对非线性方程解的分析,得到发生应力诱发马氏体相变的相界面趋向为焦点型定常吸引子,而热诱发相变的马氏体相界面趋向为结点型定常吸引子,因此考虑界面摩擦后相界面的运动与理想相界面的运动具有不同的非线性特征、

基于本征应变重构技术构造搅拌摩擦焊接铝合金薄板接头的残余应力场

采用本征应变重构技术,以小孔法测试的少量应力数据为基础,利用热弹性有限元法构造出4mm厚铝合金搅拌摩擦焊接接头的纵向残余应力场;研究了表征本征应变的多项式阶数和试验数据量对构造残余应力场结果的影响。结果表明:在少量测试数据的基础上对数据进行插值拟合处理,采用10阶以上切比雪夫多项式表征本征应变,可构造出与试验结果符合较好的纵向残余应力场;试验数据需包含特征区域的应力值才能较准确构造出该区域的应力分布。

盘式制动器摩擦片热-结构耦合分析

采用间接耦合法对盘式制动器摩擦片进行热-结构耦合分析,较准确的反映了整个过程中摩擦片的瞬态温度和应力变化情况。最后得到了制动过程中摩擦片受温度、制动压力、摩擦力共同作用的强度分布。为摩擦片的材料选择,尺寸设计提供了理论依据。