滚动接触疲劳载荷对铁轨表面接触疲劳裂纹应力强度系数的影响

为研究轮轨滚动接触疲劳(Rolling Contact Fatigue,RCF)载荷对铁轨表面裂纹应力强度系数的影响,以UIC60铁轨轮廓尺寸为依据建立轮轨接触的三维有限元模型,通过改变RCF载荷大小、轮轨表面摩擦因数和接触中心位置等轮轨接触的输入参数,计算铁轨表面接触裂纹尖端的应力强度系数,分析RCF载荷对铁轨表面接触疲劳裂纹的影响.结果表明RCF载荷作为控制铁轨表面接触裂纹的重要因素,其变化直接导致裂纹尖端应力强度系数的变化,从而改变裂纹的扩展状况.为减缓铁轨表面裂纹的扩展,可以针对载荷采取均匀分布载重量、使用润滑剂降低轮轨摩擦因数等相应措施.     

滚动接触疲劳载荷对铁轨表面接触疲劳裂纹应力强度因子的影响

为研究轮轨滚动接触疲劳（Rolling Contact Fatigue,RCF）载荷对铁轨表面裂纹应力强度因子的影响,以UIC60铁轨轮廓尺寸为依据建立轮轨接触的三维有限元模型,通过改变RCF载荷大小、轮轨表面摩擦因数和接触中心位置等轮轨接触的输入参数,计算铁轨表面接触裂纹尖端的应力强度因子,分析RCF载荷对铁轨表面接触疲劳裂纹的影响. 结果表明RCF载荷作为控制铁轨表面接触裂纹的重要因素,其变化直接导致裂纹尖端应力强度因子的变化,从而改变裂纹的扩展状况;为减缓铁轨表面裂纹的扩展,可以针对载荷采取均匀分布载重量、使用润滑剂降低轮轨摩擦因数等相应措施.     

微/纳机构抗粘附研究进展

粘附现象是微/纳机构中特有的现象,在构件材料强度满足要求的条件下,微/纳机构中的粘附和摩擦是造成其失效的主要原因.如何防止或减轻粘附已成为微/纳机电系统(MEMS/NEMS)领域的研究热点.介绍了微/纳机构中的粘附问题,分析了粘附机理和各种粘附接触模型,说明了表面能法和微凸体积分法防粘附设计微/纳机构的原理,最后阐述了释放干燥工艺、减少实际接触面积和降低表面能等各种抗粘附措施.     

电动汽车湿式双离合变速器换挡动力学仿真

双离合变速器是现代电动汽车的关键部件之一.文中介绍了湿式双离合变速器换挡的基本原理和控制方式,并对湿式双离合器变速器换挡动态过程进行了研究.为研究湿式离合器接合过程的动力学特性,分别采用库伦摩擦模型与采用平均流量模型及微凸体接触理论对双离合变速器建模,讨论两种模型仿真结果的差异.研究表明,湿式离合器的转矩响应具有显著的滞后性,而库伦摩擦模型无法体现该滞后性.基于湿式离合器的动力学模型研究双离合变速器的换挡控制策略的力矩中断,并与库伦摩擦模型的仿真结果做出对比,结果显示,引入平均流量模型和微凸体接触模型的湿式双离合变速器模型更能准确反映换挡过程中传递转矩动态特性.     

范德华力作用下粗糙表面静态粘附的研究

通过在硅微接触表面上涂覆低表面能的憎水性OTS膜以除去接触面间的表面张力,把两表面均接地以除去接触面间的静电力,研究了仅有范德华力作用时硅微结构接触表面的粘附.根据实际粗糙表面凸峰自相似的高度分布,计算了发生粘附后,微观接触表面产生弹性和塑性变形的两种情况下的范德华粘附能,分析了表面形貌对其影响.     

纳米级动态粘着接触的有限元模型与仿真

对纳米级动态粘着接触过程进行仿真,是为了研究微纳米尺度的机电系统(如MEMS)中所存在的纳米级表面接触和摩擦,对系统进行减粘附设计.利用商用有限元分析软件ANSYS建立的纳米尺度的动态粘着接触模型,采用原子间Len-nard-Jones作用势函数来描述表面力,用数值求解的方法来描述基本球-盘模型的接触-分离行为,最终得到接触过程的力-位移曲线和枯着接触的分离点和粘着力的大小.将有限元粘着接触模型仿真所得结果与常用的接触模型(DMT模型、JKR模型)解析解对比,证明了有限元粘着接触模型的适用性.由于有限元模型不受接触副几何形状和材料性质的限制,可以进一步对表面形貌修饰后的粘性接触过程和多峰粘着接触过程进行仿真.     

扭转激励下螺纹连接结构动力学行为

根据真实螺纹的几何参数,运用Abaqus建立螺纹连接结构的精确有限元模型,采用扭矩法施加预紧力,分析在扭转载荷作用下螺纹连接结构的动力学行为。结果表明：当螺钉与被连接件之间的摩擦力矩小于螺纹接触界面的摩擦力矩时,连接结构在扭转交变载荷作用下容易发生松动;当螺钉与被连接件和内外螺纹2组接触副之间的摩擦因数增大时,螺纹连接结构的摩擦耗散能变化较小,而当被连接件之间的摩擦因数增大时,连接结构的摩擦耗散能呈线性增加;根据三阶修正Iwan模型得到的响应曲线与有限元分析结果吻合。     

应力诱发压电薄膜晶内微裂纹演化的数值模拟

压电薄膜的制备和使用过程中不可避免地引入微裂纹等微观缺陷.在不同的内在物理机制和外界驱动力作用下,微裂纹会出现多种多样的形貌演化行为,甚至失稳并发生分裂,影响相关微元器件的各种性能.本文基于表面扩散和蒸发-凝结的经典理论,对应力诱发表面扩散下PZT薄膜晶内微裂纹的演化进行数值模拟.结果表明,在应力作用下,存在临界应力载荷,当应力载荷小于或等于该临界值时,微裂纹演化为稳定的形态;当应力载荷大于该临界值时,微裂纹发生失稳并分裂为多个裂腔,且应力载荷或微裂纹初始形态比的增大均会促进微裂纹的失稳分裂.     

叶片-轮盘榫联结构的接触分析

叶片与轮盘之间的榫联结构存在接触和摩擦组合运动,在较高的热-机械载荷作用下容易发生微动磨损并导致疲劳破坏.本文采用有限元法对叶片-轮盘榫联结构进行接触分析,计算不同摩擦系数和不同转速情况下的叶片榫头和轮盘榫槽之间的接触压力、接触滑动距离.结果表明,摩擦系数增大,榫联结构接触面上的接触压力和滑动距离减小;转速增加,则接触压力和滑动距离增大.     

粗糙表面Cantor集分形对温度场影响分析

由于Cantor集性质较好,能够很好地模拟粗糙表面,已应用到温度场研究中,但其参数的取得以及微凸体排列对温度场的影响尚未有公开的研究和应用。进行Cantor集粗糙表面参数估计,在样本足够大时,模型可以以任意精度收敛于实际参数。考虑排列不唯一时微凸体之间不同的组合,以飞机刹车副C/C材料为例对其进行计算和仿真分析而后推广,从仿真结果可以看出Cantor集的排列对温度场的影响,应该按照工程实际进行处理,为深入研究各种温度场分布以及各种粗糙表面的热物理效应打下基础。     

发明与专利

差动式大气电场传感器 【摘要】差动式大气电场传感器,它涉及大气电场测量领域,解决了现有大气电场传感器抗环境干扰能力差缺点。它的屏蔽盘为开有2n个圆周方向均匀分布扇形孔的环型圆盘,其上表面每两个扇形孔之间设置有与其的弧面位于同一圆周面凸沿,电机转轴穿过定位座和接地电刷连在屏蔽盘中心孔上,定位座为内径表面开有凹槽下表面设置有凸沿的环型圆盘,接地电刷嵌放于凹槽内与电机转轴摩擦接触,两组电极分别为2n个扇形金属片,其沿圆周方向交替均匀分布在定位座的下表面的凸沿内,定位座的凸沿位于屏蔽盘的凸沿的外侧,两组电极与定位座之间绝缘连接,其两个的输出端分别连接前置放大器中的两个输入端。本实用新型的噪声明显减小,并使传感器灵敏度提高2倍。     

中国微米纳米-接触式电容微加速度传感器的设计与分析

设计了一种新型接触式电容微加速度传感器。针对传感器结构,建立了考虑接触效应的周边固支圆形膜片在集中载荷作用下与基底“接触”前后的简化分析模型,并给出了接触半径的计算公式。为接触式传感器的研制奠定了理论基础。     

接触式电容微加速度传感器的设计与分析(英文)

设计了一种新型接触式电容微加速度传感器。针对传感器结构,建立了考虑接触效应的周边固支圆形膜片在载荷作用下与基底"接触"前后的简化分析模型,并给出了接触半径的计算公式。为接触式传感器的研制奠定了理论基础。     

基于LabVIEW的机械密封端面真实接触面积数值模拟

机械密封端面的真实接触面积对端面间的摩擦磨损特性和密封性能有着重要的影响;依据分形理论,考虑摩擦作用的影响,建立了机械密封端面无量纲真实接触面积的计算模型;基于LabVIEW编制了机械密封端面真实接触面积数值模拟程序,通过数值模拟计算得到了NHM70型机械密封端面间的无量纲真实接触面积Ar与端面比载荷Pg、端面分形维数D及特征尺度系数G的关系曲线;研究表明,真实接触面积随着端面比载荷的增大而单调地非线性增大;随着特征尺度系数的增大先急剧减小,而后缓慢减小;随着分形维数的增大先增大,后减小,即存在一最佳分形维数,使密封端面间的真实接触面积最大.     

分形接触干摩擦模型及在围带叶片受迫响应分析中的应用

为了研究含有围带接触面叶片的非线性振动响应,基于三维干摩擦微滑移模型,发展了一种分形接触干摩擦微滑移模型,用于计算考虑接触面形貌的摩擦力.在该模型中,摩擦接触面被离散成一系列接触单元,每个接触单元由一组接触点对来表征该接触单元的粘滞、滑移、分离的摩擦运动状态.采用分形几何模拟接触表面的形貌,基于分形理论和赫兹接触理论,建立接触面粗糙度、正压力、弹性模量、泊松比等参数与接触刚度和摩擦系数的关系.接触面摩擦力由接触刚度、摩擦系数和接触点对的相对位移确定.采用该发展的模型预测了真实围带叶片的受迫振动响应,研究了接触面形貌和初始正压力对围带叶片共振响应的影响.研究结果表明,本文模型能考虑接触面形貌对围带叶片非线性振动响应的影响;接触面形貌改变时,接触刚度和摩擦系数会发生变化,从而影响接触面摩擦力;在该模型中,接触刚度随着正压力的增加而增加,随着粗糙度的增加而减小;摩擦系数随着正压力增加而增加,随着粗糙度的增加,先增大后减小;接触面形貌和初始正压力对围带叶片受迫振动响应有显著影响.     

体表优先级级消隐算法及其实现

本文提出了一种新的隐藏线消除算法－体表优先级算法。该算法以体为画面对象，直接确定两个凸多面体的优先级。它充分利用凸体的空间连贯性，把两个体的先级判别问题转化为判别基点与可见表面的前后关系的判别问题，从而大大降低了冗余计算量，提高了消隐速度。该算法已经在ＭＴ１４８６微机上实现。实验结果表明算法是正确的和有效的。     

抛光过程游离单颗磨粒与光学元件间滚动摩擦接触分析

针对游离单颗磨粒与光学元件滚动接触过程中摩擦、磨损机理分析的不足及如何 有效控制滚动单颗磨粒对光学元件亚表面损伤的影响等问题,基于滚动接触理论,提出了一种 具有分形特征表面的单颗磨粒与光学元件双粗糙面间的摩擦、磨损接触模型,并运用有限元仿 真分析微观动态滚动的接触过程。通过对不同剪切强度下接触力、接触应力、磨粒角度及其对 亚表面损伤的影响等分析,发现随着剪切强度的增强,磨粒与光学元件表面接触界面间的摩擦 系数将减小,最佳的磨粒角度为105°~120°,并且分形特征的单颗磨粒对亚表面损伤的影响要 大于球形特征单颗磨粒,这说明了研究分形特征游离单颗磨粒滚动接触的必要性和重要性,为 更加深刻了解滚动接触过程的摩擦机理提供了借鉴意义。     

接触角滞后对变截面微通道内水银液滴流动特性影响的数值仿真研究

微通道中气-液两相流的流动特性复杂,影响因素众多,表面效应成为了微流体流动的主要影响因素。在表面张力作用下,静态接触角由固相和液相物性决定,而动态接触角和接触角滞后则受表面粗糙度、表面不均匀性、表面污染等很多因素的影响。本文利用FLUENT中的VOF-CSF模型研究了惯性微流体开关中水银微液滴在变截面微通道内两相流的流动特性。通过动态和静态接触角滞后的UDF函数对变截面微通道中内流动特性的影响进行了数值仿真分析。结果表明,接触角滞后对水银微液滴的流动特性有重要影响,接触角滞后性越大,水银液滴越难通过微阀而进入储液槽闭合信号电极。由于水银液滴在加速度作用下接触线运动速度较低,动态接触角对流动特性的影响可以忽略,动态接触角可由静态接触角代替。     

高低温环境下摩擦系数的高准确度测试

在航空要求的高低温环境下(-55～ 125℃)，为实现摩擦系数与接触电阻的高准确度测试，本文研制了适合于在高低温环境下测试摩擦件摩擦系数与接触电阻的测试试验台。通过对试验件载荷和摩擦力矩的测量，测量出试验件在不同温度及不同载荷下的摩擦系数与接触电阻，用试验及曲线拟合方法研究并解决了力传感器的温度补偿问题。为提高测试精度，对测试系统的硬件和软件进行了抗干扰优化设计，通过时某航空产品的试验，数据显示测试台的测试精度达4％。     

采用RIE沉积法研制微纳工艺中的防粘连层

摩擦和粘附问题已经成为影响微机电系统(MEMS)工艺性能和可靠性的主要因素.针对MEMS/NEMS中微构件表面改性问题,采用反应离子刻蚀(RIE)在硅片表面沉积氟化物薄膜,以达到降低硅片的表面能,减少其摩擦和粘附的目的.实验还将RIE沉积法制得的薄膜与自组装(SAMs)薄膜在浸润角、表面能、表面粗糙度等方面进行了对比.