粗糙度对接触界面动态特性的影响研究

接触界面的刚度和阻尼对机械结构的动态特性有重要影响,为了描述接触界面粗糙度对机械结构动态特性的影响,建立了振动应力波在粗糙接触界面传播的数学模型,并进行了数值仿真和模型试验。试验结果表明：较小的表面粗糙度有利于振动应力波通过接触界面传播;随着粗糙度值的增加,通过接触界面的振动应力波减少,说明较大的粗糙度界面消耗振动能量,但是产生了高次谐波,使振动状态变得复杂。     

应力松弛下橡胶O形密封圈的有限元分析

建立了橡胶O形密封圈与沟槽接触的平面轴对称非线性有限元分析模型,利用MSC.Marc有限元软件,分析了O形密封圈安装过程中,不同压缩率对接触应力的影响以及考虑应力松弛过程下使用的应力分布.数值结果表明,在没有油压下,应力松弛前后O形密封圈接触界面上的应力分布呈抛物线;应力松弛后,O形密封圈中的最大接触应力有明显降低,在200 s内应力衰减较快.在应力松弛1年并施加油压后,接触界面上的应力分布变化较大,但最大接触应力仍都大于油压,该O形密封圈使用可靠.     

纯滚动状态下氮化硅陶瓷球临界应力分析

氮化硅陶瓷球临界应力在很大程度上决定其滚动接触疲劳和磨损寿命.由于陶瓷材料的抗拉能力较弱,所以设想其滚动接触疲劳失效的临界应力为最大主拉应力.应用弹性接触力学和赫兹理论分析纯滚动条件下陶瓷球表面层接触应力,得到表面层最大主拉应力.针对理论计算值,设计相应的纯滚动接触疲劳实验.分析表明,理论值与实验结果趋于一致,从而证实最大主拉应力为氮化硅陶瓷球滚动接触疲劳失效的临界应力.计算结果为陶瓷球的滚动接触疲劳寿命分析提供理论基础.     

双金属板软化界面的止裂与分层机理

采用带软化界面层的双金属层状板,分析了裂纹垂直于界面扩展过程中的力学行为.带单边裂纹的钢/铝层板的实验表明,裂尖到达界面时裂纹扩展速率降低;载荷增高后,易在界面上产生分层.利用有限元软件分析了裂纹前沿应力和应变的变化.计算结果表明,软铝界面层出现较大塑性应变,增加了裂纹扩展阻力,使裂纹扩展应力降低,而界面分层应力提高,导致了裂纹扩展速率降低和界面分层现象.     

不完全接触端微动疲劳强度界面力学评估

采用ABAQUS有限元软件对微动桥平面/平面试样接触状态进行三维有限元分析,详细计算了接触边缘应力变化,分析了不完全接触区应力场,讨论了不同半径R(0.3mm,0.6mm,0.9mm)和不同的摩擦系数f(0.3,0.6,0.8)对微动区接触应力集中的影响,分析其应力奇异性的变化。根据界面力学接触界面奇异应力场和应力强度参数来计算应力奇异性特征值λ,进而计算微动疲劳强度系数K,对微动疲劳强度进行评估。从理论计算出发,研究分析接触边缘的微动疲劳强度,以及各参数对微动疲劳强度系数K的影响。     

采用超声方法的主轴-刀柄连接组件固有频率评估方法

精密机床主轴-刀柄组件的动力学特性对于精密加工具有重要影响,预测组件的固有频率对评估和改善加工性能具有重要意义,而其中的难点之一是准确确定主轴-刀柄界面的接触刚度.为此,本文采用超声波对7/24主轴-刀柄界面的接触刚度进行了实验测量,并建立了动力学模型确定了主轴刀柄组件的固有频率.在接触刚度的超声测量中,首先测量来自接触界面的超声反射信号,通过将其与参考界面的信号进行比较来计算反射系数,随后通过预先建立的接触压强-反射系数校正曲线得到接触界面的接触压力分布,最终使用接触压强-接触刚度经验方程式估算界面的接触刚度.将上述测得的接触刚度代入7/24主轴-刀柄组件的三维有限元动力学模型中,以实现其固有频率预测.通过将预测的固有频率与传统锤击法的测量结果进行了对比,结果表明用该方法测得的界面刚度动力学模型能够准确地预测装配体的固有频率.     

含多粗糙峰涂层等效应力的有限元分析

研究刚性平面与含粗糙峰涂层在二维与三维模型下的弹性接触问题,采用有限元法分析涂层弹性模量比、涂层厚度、粗糙峰间距、刚性平面压下深度对涂层粗糙峰表面、涂层/基体界面分布及基体等效应力分布的影响。计算结果表明压下深度对三维涂层粗糙峰表面最大应力的影响最大,涂层厚度、涂层/基体弹性模量比、粗糙峰间距的变化对应力值影响逐渐减小;增大涂层厚度、减小压下深度和粗糙峰间距、降低弹性模量比会使得三维接触模型最大等效应力值显著降低;增加涂层粗糙峰数和涂层厚度、同时降低涂层弹性模量有助于提高涂层/基体界面结合强度。相对于二维接触模型来说三维接触模型在粗糙峰表面的等效应力增大,造成这种变化的主要原因是由于涂层表面粗糙峰之间的等效应力叠加引起的。该研究为涂层粗糙峰及涂层/基体界面强度的应力分析提供依据。     

加载面曲率对柔性压磁材料薄片力学性能的影响

在曲率较大的柱形或球形凸、凹接触界面之间的压力测量过程中,一般会将测试前呈平直薄片的柔性传感器敏感元压至与被测表面面型一致,这样就会因敏感元自身面型变化而引入测量误差。这是这类接触界面压力测量传感器研制中必须关注的问题。针对这一背景,以圆柱形接触界面为例,采用作者以前建立的含柔性泡沫元件组合结构的近似数值分析方法,建立凸圆柱面-柔性压磁材料薄片-凹圆柱面的有限元模型,通过数值模拟和相应实验,得到了不同曲率圆柱面加载下柔性压磁敏感材料薄片所受轴向压缩应力与轴向压缩应变之间的关系。结果表明,加载面曲率越小,应力-应变曲线的近似线性段的斜率就越大,在加载面曲率半径大于20 mm时,其影响基本可以忽略。该结果对于将柔性压磁敏感材料薄片作为敏感元开发大曲率柱形或球形接触界面之间的压力测量传感器具有理论指导意义。     

直升机传动系统弹簧离合器扭矩传递性能有限元仿真

弹簧离合器是直升机传动系统的关键构件,查明其极限扭矩传递能力和失效形式可为其设计提供必要依据。针对离合器极限扭矩传递能力和失效的实验研究成本高、周期长等问题,采用多体接触有限元分析方法,建立了弹簧离合器有限元力学模型,对不同界面摩擦、加载方式和转速条件下的离合器极限扭矩、失效形式进行了仿真分析。结果表明:适当增大界面摩擦能降低弹簧最大应力、改善应力分布,提高离合器极限传递扭矩。较低的界面摩擦导致弹簧离合器打滑和塑性变形失效,界面摩擦达到激发需求后离合器在超过极限扭矩条件下将发生打滑失效。     

基于有限元法的硬质合金微槽车刀刀——屑接触摩擦模型研究

刀—屑接触界面的应力应变状态对金属切削过程尤其是刀具的摩擦磨损研究有着重要影响,摩擦模型是该区域应力应变的数学表达形式。本文基于有限元仿真平台,重点分析微槽车刀切削过程中刀—屑接触界面的摩擦状态,确定出刀—屑接触总长度和内外摩擦区各自的范围,对比分析了原车刀和微槽车刀的刀—屑接触界面摩擦状态,从而获得两车刀相应的摩擦模型。研究发现:微槽的置入使得刀—屑粘结摩擦区长度缩短,带来的直接影响便是第二变形区内的主要发热区缩小,进而发热量也相应减小。研究结果为金属切削过程刀—屑接触摩擦模型研究提供一定理论参考。