球-球接触条件下扭动微动应力数值模拟

在扭动微动的应力分布解析计算中,通过接触表面切应力可以推导出接触体内部的应力。而转矩卸载过程中,由于接触表面切向力表达式复杂,难以推导出接触体内部的应力。为此采用快速傅里叶变换的方法对球-球接触模型进行数值模拟,以此获得卸载时接触体内部的应力分布。首先,计算出接触表面加载时的应力分布,并得到转矩与扭转角之间的迟滞曲线。然后,分析法向力和加卸载转矩共同作用下接触体内部的应力分布,以及最大应力的大小与位置。最后,在迟滞曲线上标明最大应力点位置,并分析黏着区半径c和摩擦因数f对最大应力位置的影响规律。研究表明:卸载时表面切向力qr沿半径方向,先增大再减小最后持续增大;法向力在较大范围内影响接触体应力分布,而转矩主要在深度0～0.5a范围内起作用;黏着区半径c越大,摩擦因数f越小,最大应力点更可能位于接触体内部。     

考虑摩擦因数与滑动速度相关时的轮轨滚动接触有限元分析

使用与滑动速度相关的摩擦因数替代库伦摩擦定律中的常系数,结合mixed Lagrangian/Eulerian方法建立轮轨滚动接触有限元模型,分析牵引力主导的蠕滑工况下的干燥状态的轮轨滚动接触特性。通过与摩擦因数取值为常数的轮轨滚动接触分析结果对比发现:与滑动速度相关的摩擦因数对轮轨滚动接触最大接触应力和接触斑面积影响不大,均在1%以内;但是对轮轨接触斑内最大Mises应力、最大纵向切应力、最大横向切应力和最大等效塑性应变影响较大,特别是对最大纵向切应力影响幅度近20%;更需要引起注意的是对轮轨滚动接触摩擦力矢量分布和切向塑性应变分布影响明显,这对轮轨滚动接触疲劳损伤分析非常重要。     

连续波状横峰对ZrO2陶瓷材料润滑性能的影响

基于点接触瞬态非牛顿热弹流模型，在ZrO2-Steel接触副两表面分别设计出横向连续波状粗糙形貌，模拟在滚滑工况下各横峰间的互相影响过程，同时分析横峰参数及接触固体尺度对接触区润滑性能的影响。结果表明：选用导热系数小的氧化锆陶瓷为快速表面会得到更厚的油膜厚度；接触副表面的连续横峰在相对运动过程中会产生局部高压、高温现象，摩擦因数波动变化，总体呈现减小的特点；接触固体尺度越大，热效应越明显，接触区内整体膜厚越厚，摩擦因数越小。研究表明，在ZrO2-Steel接触副表面设计出连续波状横峰可起到减小摩擦因数，改善摩擦学性能的目的。     

齿轮接触安定分析

以Hertz理论为基础,建立齿轮的接触模型.针对齿轮接触表面层变曲率的特点,构造出局部坐标下残余应力应变场的分布状态,分析在此残余应力场分布状态下,齿轮接触的静力安定和机动安定的条件.采用应力应变释放的算法和不同啮合点局部坐标之间的转换法则,模拟齿轮在重复啮合过程中残余应力应变的累积过程,求解安定状态下残余应力的分布状况,确定齿轮接触的安定极限与摩擦因数和齿轮啮合位置之间的变化情况.     

车轮滑动时钢轨热弹塑性有限元分析

利用有限元分析软件ABAQUS建立轮轨接触热弹塑性平面应变热机耦合有限元模型。模型中,材料本构采用的是双线性塑性模型,考虑轮轨自由表面与环境的热对流的影响和温度对材料参数的影响,通过移动边界条件模拟轮轨接触区的移动。分析车轮滑动时不同摩擦因数和轴重对钢轨温度场和残余应力分布的影响。计算结果表明,钢轨表面最高接触温升发生在接触斑中心后半轴靠近边缘处,温升主要分布在接触表面大约1.6mm的深度范围,钢轨表层最大VonMises等效应力发生在离钢轨表面大约0.2mm的次表面;残余应力应变的影响主要在钢轨表面大约10mm范围内,在钢轨表面考虑热影响时残余应力比不考虑热影响的大;考虑热影响时钢轨表层的温度随摩擦因数和轴重的增大而增大,钢轨表层残余应力也随着摩擦因数的增大而增大,而轴重对钢轨表面残余应力影响不明显,而在次表层影响很大。     

考虑齿间滑动影响的高速列车传动齿轮动态接触特性分析

为研究高速列车传动齿轮在啮合过程中因接触表面各啮合点处滑差不一致对动态接触特性的影响.以CRH3型动车组转向架传动齿轮为研究对象,基于齿轮接触相关理论及轮齿摩擦关系,引入考虑轮齿表面滑差、动力黏度及载荷等因素下的EHL时变摩擦模型,利用ABAQUS/Standard提供的隐式直接积分法对低速重载工况下的传动齿轮进行动态分析.通过对比无摩擦、常摩擦因数及变摩擦下的仿真结果分析齿轮间滑差及摩擦因数大小对齿轮副动态接触特性的影响.结果表明,表面啮合节点摩擦因数不一致对齿轮接触合力、接触斑面积、Mises、接触应力最大值及其分布影响很小;在啮合过程中,考虑滑差影响的齿面摩擦力波动更平缓,均值较常摩擦增加了 40％;摩擦剪应力分布比采用常摩擦得到的结果更贴合实际.而常摩擦因数数值的增加对应力分布影响不大,但会使得接触面应力值相应增加,加剧系统的周期性振动.     

发动机链条的微动接触有限元分析

为分析外链板和销轴接触面的过盈量与摩擦因数对配合表面微动磨损的影响,应用Ansys有限元软件对其接触面应力进行有限元分析,分别计算不同过盈量和不同摩擦因数下,接触面上可能最先发生微裂纹的接触线上的接触状态(黏着区、滑移区和张开区)和应力分布情况.结果表明,接触线上拉应力与剪应力在接触线的黏滑交界点处都达到极大值,使得微动裂纹更易于在此处萌生与扩展;通过改变接触面摩擦因数与过盈量,可以对黏滑交界点的位置(微动裂纹萌生扩展的位置)进行调整.     

切向载荷对钢轨弹塑性滚动接触应力的影响分析

利用建立的钢轨三维弹塑性滚动接触有限元模型,分析车辆通过曲线轨道时轮轨接触表面切向力对钢轨滚动接触应力和应变的影响。结果表明:钢轨材料的累积塑性变形、残余应力和残余应变都随切向力的增大而增大;纵向切向力与法向力之比大于0.3时其对塑性变形、残余应力和残余应变影响明显,钢轨的最大残余应力、最大等效塑性应变和剪应变均发生在钢轨接触表面,裂纹易萌生于接触表面,与现场观察结果相一致。     

车轮滚动接触疲劳与磨耗耦合关系数值模拟

滚动接触疲劳和磨耗是车轮失效的主要方式。通过三维弹性体非赫兹滚动接触理论得到接触斑内的法向、切向应力和材料上不同深度处的最大切应力分布,以CL60钢和贝氏体车轮钢为例,基于"layer"滚动接触疲劳失效模型和Zobory车轮磨耗模型,分析LM型车轮踏面和75 kg.m–1钢轨型面匹配时轮轨接触条件和车轮材质对车轮滚动接触疲劳和磨耗竞争关系的影响。计算结果表明,摩擦因数为0.3时,CL60钢在小蠕滑条件下会发生滚动接触疲劳损伤,在大蠕滑条件下只有轴重大于30 t时才会出现滚动接触疲劳损伤,而贝氏体车轮钢只有在大蠕滑条件且轴重为30 t时,载荷循环次数小于1×105的情况下才会出现滚动接触疲劳损伤;摩擦因数为0.6时,CL60钢和贝氏体车轮钢在各种工况下的滚动接触疲劳损伤速度都小于相同条件下的磨耗速度。     

大滑滚比工况下弹流摩擦试验研究

针对大滑滚比工况,在自行改造的双盘摩擦磨损试验机上,完成了一系列线接触弹流摩擦试验;测量了不同工况下的摩擦因数,对试验结果进行了全面的分析,得到了一系列摩擦曲线,反映了多种具体工况下,各工况参数对摩擦因数的影响.结果表明:载荷比较小时,摩擦因数对载荷或转速的变化非常敏感;随着载荷的增大,摩擦因数对载荷与转速的敏感程度急剧下降;大滑滚比工况下,摩擦因数随滑滚比的变化幅度不大;摩擦因数随载荷增大而减小,且减小幅度随载荷增大而减小;摩擦因数随转速增大而减小,且减小幅度随转速增大而减小.     

Predicting Material Performance in Rolling Contact Fatigue via Torsional Fatigue

Abstract

Evaluating new materials for rolling element bearings (REBs) is an expensive, time-consuming, and difficult process. This work presents a continuum damage mechanics (CDM)-based finite element model (FEM) that incorporates gradual material degradation under cyclic loading and discrete material representation to predict rolling contact fatigue (RCF) failure. The fully reversed orthogonal shear stress was considered the critical stress for the CDM RCF modeling. Torsional fatigue results available from the open literature were used to determine the critical parameters for CDM FEM. In contrast to previous modeling approaches, in this investigation the CDM material parameters were considered probabilistic in nature to represent variations in material strength or resistance to fatigue. This modification to the modeling procedure resulted in RCF life predictions that capture life scatter characteristic of the RCF phenomena for REBs. Based on the model results, a fatigue life equation was developed to corroborate the Lundberg and Palmgren (LP) theory. The results obtained from the predictive life equation generated from the CDM-based FEM using material parameters obtained from torsional fatigue results are in good agreement with the LP model.     

钢轨滚动接触疲劳研究

介绍了滚动接触疲劳裂纹的萌生及扩展的形成机理、钢轨滚动接触疲劳的破坏分类、影响因素,从钢轨新材料的开发、轮轨接触几何型面的优化和铁路工况的改善等几个方面提出了减缓钢轨滚动接触疲劳的措施。     

轧机用四列圆锥滚子轴承偏斜角的研究

针对轧机轴承的偏斜角在其设计及应用中的重要性,以单列圆锥滚子轴承在额定动载荷作用下、偏斜角为2′时求得的接触应力和接触变形为已知条件,应用Hertz理论,提出求解轧机用重型四列圆锥滚子轴承偏斜角的方法,为轧机轴承的设计提供了理论依据。     

预滚压对含缺陷轮轨材料滚动接触疲劳性能的影响

对含缺陷的未预滚压和预滚压车轮钢试样分别进行滚动接触疲劳试验,观察表面缺陷的形貌变化过程,分析预滚压和缺陷尺寸对轮轨材料滚动接触疲劳性能的影响。通过有限元方法分析缺陷附近材料的应力状态,通过多轴疲劳模型分析缺陷尺寸对滚动接触疲劳裂纹萌生规律的影响。试验结果表明:由于表层材料的塑性变形,未滚压车轮试样的缺陷尺寸随滚动周次的增加而减小;超过一定周次后,由于塑性变形不再累积,缺陷尺寸基本保持不变;预滚压处理通过减小表层材料的塑性变形,可抑制缺陷尺寸的减小,从而降低车轮试样的疲劳寿命;缺陷尺寸的增加会进一步降低预滚压试样的疲劳寿命;在油润滑条件下,预滚压和表面缺陷对车轮材料摩擦磨损性能没有显著影响。仿真结果表明,当缺陷尺寸从200μm增加至400μm,最大剪应力幅值从缺陷底部转移至缺陷中部,疲劳裂纹萌生位置也随之改变。     

齿轮纯滚动啮合的原理与实现

渐开线,摆线和圆弧等常用齿轮机构在传动中都存在的相啮齿面间的相对滑动,导致一系列不良后果。本文简要回顾了滚动接触齿轮传动的研究史。详细阐述了齿轮纯滚动啮合的实现方法,工作原理及传动特点,纯滚动齿轮及切削刀具的齿廓设计和轮齿设计;给出了多种简单实用的纯滚齿廓曲线。通过计算机仿真和实物对本文理论和方案作出了验证。     

Control Method for Steel Strip Roughness in Two-stand Temper Mill Rolling

How to control surface roughness of steel strip in a narrow range for a long time has become an important question because surface roughness would significantly influence the appearance of the products...     

滚动接触疲劳试验机的研究现状

滚动接触疲劳试验机主要用于研究材料在模拟工况条件下的接触疲劳性能。本文就国内外已经实际应用的滚动接触疲劳试验机的现状及接触疲劳试验基本工作原理加以介绍,并就滚动接触疲劳试验机的发展方向作了探讨。     

车轮钢摩擦副滚动摩擦磨损特性研究

在NENE-2型磨损试验机上利用往复滚动试验装置研究了不同制动状态下车轮钢的滚动摩擦磨损特性。结果表明:不同滚滑状态下的切向摩擦力是变化的,随制动力的增加,滚动摩擦副对应的摩擦因数和摩擦阻力相应增大;平面试样的表面磨痕形貌由于切向摩擦力的变化而明显不同;随切向摩擦力的增大滚动磨损机制亦发生改变,从磨粒磨损逐渐转变为粘着磨损,磨损加剧且磨痕深度变大。     

热轧宽带钢自由规程轧制中机型的配置

为了提高自由规程轧制中热连轧机的板形调节能力,提出了热轧宽带钢的机型配置方案。新机型的特点在于轧机的上游机架采用线性变凸度工作辊技术,下游机架使用锥形工作辊技术,全机组采用变接触轧制技术和强力弯辊。生产实绩表明,新机型配置方案使得宽带钢热连轧机板形控制性能大幅提高,能够适应自由规程轧制的需求。     

高碳贝氏体轴承钢滚动接触疲劳性能的研究

以GCr15Si1Mo贝氏体轴承钢为研究对象,在油润滑条件和无润滑条件下,对不同初始碳化物体积分数的试样进行滚动接触疲劳试验,采用扫描电镜观察试验前后试样的表面形貌和碳化物分布,并通过Weibull曲线确定试样滚动接触疲劳性能的优劣性。结果表明,在无润滑条件下,碳化物体积分数为1.9%的试样滚动接触疲劳性能优于碳化物体积分数为5.1%的试样。在油润滑条件下,贝氏体轴承钢的滚动接触疲劳性能的优劣性依次为：无初始碳化物试样、碳化物体积分数为5.1%试样、碳化物体积分数为1.9%试样。碳化物作为基体的硬质相,很容易成为疲劳源,无初始碳化物的贝氏体轴承钢的滚动接触疲劳性能优于有碳化物的贝氏体轴承钢;碳化物脱落后的凹坑增大了润滑油和试样表面的粘着力,有利于增加油膜厚度,从而提高滚动接触疲劳寿命。