柱壳结构螺栓法兰连接非线性刚度分析

螺栓法兰装配的柱壳连接结构主要由壳体承载压缩载荷,而由螺栓-法兰结构承载拉伸载荷.当拉伸载荷大于临界值时,法兰盘接触面出现压力零域,即发生局部接触分离进而造成连接刚度损失,令螺栓-法兰连接结构呈轴向刚度非线性特征.为揭示预紧力作用下结构参数对此非线性刚度的影响,基于弹性薄壳理论和Couchaux改进梁理论构造了法兰盘与柱壳的变形协调机制,建立此连接结构的理论模型.经与有限元模型对比,此理论模型能正确预测螺栓法兰连接结构分离阶段初始刚度及表征分离阶段的刚度非线性变化.在此模型基础上,进一步研究了螺栓预紧力、装配位置、法兰盘厚度等参数对螺栓法兰连接结构分离条件、分离行为及分离阶段非线性刚度的影响,获得了分离临界载荷随设计参数的变化趋势.     

束腰型膜片联轴器刚度阻尼仿真与试验分析

膜片联轴器的刚度、阻尼特性是分析含膜片联轴器传动系统振动特性的基础。基于Ansys有限元仿真软件,考虑接触非线性及大变形效应,仿真分析了膜片联轴器扭转、轴向、角向和径向静刚度特性以及扭转和轴向动力学特性;分析了膜片螺栓孔分布圆直径、螺栓孔径、膜片最小宽度和膜片厚度等膜片结构参数对静刚度的影响;进行静态、动态扭转和轴向拉伸试验,验证了仿真结果的正确性。结果表明,膜片螺栓孔分布圆直径与膜片厚度对膜片各向刚度影响较大,可通过类椭圆函数建立膜片联轴器动力学模型,求解获得膜片振动1周期内非线性刚度及等效阻尼系数变化。     

考虑层间摩擦的多层波纹管轴向刚度非线性有限元分析

利用ANSYS程序接触有限元方法对4层U型波纹管轴向刚度的线性和非线性特性进行了研究。首先建立了轴对称弹性单元（solid element）与接触单元组合的有限元模型，然后计算得到了该多层波纹管的刚度特性，尤其是在压缩时的非线性刚度，并且讨论了不同层间接触摩擦状态的影响，分析说明了多层间接触摩擦使波纹管轴向刚度具有非线性特征的机理。     

叠层橡胶金属弹簧轴向刚度特性研究

针对一种动力充压容腔机构,采用仿真的方法对叠层橡胶金属复合弹簧的轴向刚度特性进行了研究。基于静力学分析的结果表明,叠层橡胶金属弹簧的轴向静刚度为2．010×105N／mm,在0．4 MPa内压的作用下应力最大值在弹簧的底部。动力学仿真分析得出了叠层橡胶金属弹簧在变形不大的情况下刚度值基本是一个定值的结论,并通过曲线拟合的方式求得叠层橡胶金属弹簧的轴向刚度为2．023×105 N／mm。最后用仿真计算结果与动态试验数据的对比结果证明,动态仿真结果与试验结果较为接近。     

机械结合面法向动态接触刚度理论模型与试验研究

机械结合面经常可能在动态条件下工作,使得结合面的接触状态偏离静态工作状态,导致接触刚度发生改变。为了揭示动态接触刚度的变化规律,考虑两个粗糙结合表面上单个微凸体由弹性变形向弹塑性变形以至最终向完全塑性变形转化的接触过程,建立一个振动周期内各变形阶段微凸体的平均接触刚度模型;在此基础上,基于高斯分布假设,建立整个粗糙结合表面的动态接触刚度解析模型。该模型揭示了接触面压、振动频率和相对位移振幅对动态接触刚度的影响规律,并与试验结果和静态接触刚度计算结果进行了比较。研究表明:法向动态接触刚度和静态接触刚度与接触面压之间的关系基本一致,但有一定偏离。这种偏离程度随动态位移幅值和振动频率的增加而分别呈线性和非线性增大。     

角接触球轴承接触状态分析

本文考虑角接触球轴承所处的高温环境和不同的轴向预紧量条件，分别采用拟静力学方法和力热耦合分析方法对其进行力学特性计算分析。基于角接触轴承拟静力学，在给定径向力条件下，轴承轴向力在40～170N范围内变化时，轴承的接触应力先下降再上升，在轴向力为70N处出现最低接触应力，即轴承的预紧力合理值应在30N左右。采用力热耦合分析方法，对采用预紧力40N即轴向力为80N时的轴承接触状态进行有限元分析，获得了相应的考虑较高环境温度和转速影响的内部接触应力分布情况。结果表明，采用力热耦合的分析方法，考虑高温度环境和轴承的大负载特点，低的接触应力状态对避免轴承提前失效和保障轴承寿命更有利。     

弱场激励下铁磁性试件疲劳拉伸磁信号研究

研究了铁磁性材料试件,在弱磁激励条件下进行疲劳拉伸,并检测试件表面沿拉伸方向表面磁场信号的变化及其分布特征。选用16MnR进行试验,对预制缺陷的试件进行弹性范围内的疲劳拉伸。利用基于巨磁阻芯片的阵列式传感器探头进行不同拉伸阶段的试件表面磁场扫描测量,并对信号进行滤波处理和对本征信号及其梯度进行成像。对不同拉伸阶段和传感器阵列中不同传感器通道的磁信号进行了分析,探讨了弱磁激励状态下疲劳拉伸试件表面磁信号对无损性评估铁磁性机械试件的有效性。     

不同地基接触状态下履带起重机动力学分析

由于中小型履带起重施工场地大多未经专门的强夯处理，作业时不同地基接触刚度的非线性变化对起重机作业安全有重要影响。根据不同地基接触特性，应用基于虚拟样机技术的动力学方法对履带起重机不同地基接触状态下响应进行分析。建立地基-履带起重机动力学模型，通过5种工况下动力学响应分析，获得不同接触状态下地基对履带板的作用力及挠度的变化情况；基于双参数地基模型计算获得不同接触状态下履带板变化挠度情况，对模型进行验证。实例分析结果表明：基于不同地基接触状态履带起重机动力学分析，可获得在行走、变幅及回转作业时履带与地基非线性接触时力学响应和变形情况，为履带起重机下车结构设计、地基施工及作业安全评估等提供技术支持，有效降低设计成本和作业风险，具有较好的工程应用价值。     

铝合金塑性损伤电磁超声谐振无损评估研究北大核心CSCD

针对传统线性超声方法难以有效检测金属构件微损伤的问题,使用电磁超声换能器,在6061铝合金试件内发射并接收超声信号,采用非线性电磁超声谐振方法对铝合金试件拉伸时产生的塑性损伤进行无损评估。基于非线性电磁超声谐振检测实验平台,对不同拉伸阶段的试件分别进行了非线性检测实验,通过基波与三次谐波的幅值比,定量地描述了铝合金材料的非线性参数与材料拉伸损伤程度相关关系。实验结果表明:弹性阶段的拉伸处理对试件的非线性情况影响较小,而塑性阶段的拉伸造成的微损伤对试件的非线性情况有较大影响,因此非线性电磁超声谐振技术可以有效评估铝合金塑性损伤。     

航空发动机套齿连接结构刚度特性仿真分析及试验研究

以航空发动机低压转子套齿连接结构为研究对象,分析了套齿连接结构弯曲刚度非线性特征及其产生机理,建立了考虑齿面接触的套齿连接结构实体有限元模型,进行了套齿连接结构静刚度试验,通过仿真和试验研究了套齿连接结构刚度非线性变化规律,讨论了配合间隙、拧紧力矩和扭矩对弯曲刚度的影响规律。研究结果表明,由于定位面的接触状态和受力情况不同,套齿连接结构的弯曲刚度变化主要分为两个阶段,具有分段非线性特征;套齿连接结构弯曲刚度对定位面的配合间隙较为敏感,减小定位面配合间隙可以有效提高结构的弯曲刚度;拧紧力矩对弯曲刚度的影响较小;在小载荷状态下,扭矩对弯曲刚度的影响十分明显。     

考虑摩擦影响的重型车床横向进给伺服系统建模与分析

进给伺服系统的性能对数控(Computer numerical control,CNC)机床的跟踪及定位精度、零件加工表面质量等有着重要的影响。摩擦的非线性还会导致系统产生爬行行为。结合Karnopp摩擦模型的建模思想,对导轨接触面建立一种改进的Stribeck摩擦模型,针对闭环控制的某重型车床的横向进给系统,建立综合考虑轴的扭转刚度、齿轮的啮合刚度、丝杠螺母副接触刚度、丝杠轴和轴承轴向刚度、导轨接触面摩擦的进给伺服系统的多自由度力学模型和数学模型,研究低速进给下各个刚度变化对工作台输出的影响,找出机械传动系统中的刚度薄弱环节。现场试验测试工作台不同进给位置下的临界爬行速度,得出临界爬行速度与丝杠的轴向刚度的关系,理论分析与试验结果相吻合。所得结论可为该重型车床横向进给伺服系统的优化设计和性能预测提供理论支持。     

基于子结构技术的金属软管静力学性能分析

利用子结构技术,在ANSYS中建立了金属软管的三维有限元模型。利用此模型对金属软管在轴向拉伸、轴向压缩、横向错动、弯曲和多种载荷联合作用等工况下的静力学性能进行了分析,并将分析结果与试验结果进行对比,证明了有限元建模的可靠性。     

车用膜式空气弹簧静特性试验研究

以Firestone 1T15M-2膜式空气弹簧为基础,建立了空气弹簧静特性试验测试系统,利用试验的方法获取了空气弹簧的变形量与载荷、变形量与内压、变形量与有效面积的静特性曲线.分析试验结果表明,空气弹簧静刚度随气囊内气压的增大而线性增大;膜式空气弹簧在变形较小时,其刚度基本呈线性,当变形量加大,刚度非线性明显.以空气弹簧平衡位置为中心的60mm振动行程范围内,空气弹簧有效面积基本保持不变,当弹簧变形超过此行程,弹簧拉伸阶段,有效面积迅速下降,弹簧压缩阶段,有效面积迅速增大.在同一弹簧高度下,弹簧初始内压的变化对空气弹簧有效面积的影响不大.     

钢管轧制的非线性耦合振动分析

基于接触力学和非线性振动理论,考虑了钢管轧制过程的非线性刚度和阻尼因素,建立了钢管的两自由度非线性耦合振动模型,分析了激励频率和压下量等变化参数对钢管振动的影响。结果表明:随着激励频率的增加,钢管轧制中会出现混沌状态,破坏轧制的稳定性;合理的压下量可以减小钢管振动速度,提高钢管表面质量。     

协调接触微动面裂纹萌生位置研究

为了探究协调接触条件下材料的微动疲劳失效机理,针对亚共晶铝硅合金ZL702A,使用有限元法建立了协调接触微动分析非线性模型,研究了试验条件下微动面的应力响应特征、断裂位置以及轴向载荷、法向载荷等因素对微动滑移量的影响,使用微动综合参数进一步验证了裂纹的萌生位置。结果表明:对于协调接触微动疲劳情形,微动表面并不一定必然存在微动滑移区,可能处于完全粘着状态,接触状态与轴向疲劳载荷、法向压力均有关系,微动滑移量几乎总是随轴向疲劳载荷的增加而增加,法向接触载荷越大,最大滑移量越小;如果存在微动滑移区,试件断裂位置处于粘滑过渡区;如果微动面处于完全粘着微动状态,试件断裂的位置处于压头与试件的接触边缘。     

基于ANSYS的金属软管的静态有限元分析

运用非线性有限元法，波纹管采用三维壳单元Shell93，网套采用空间梁单元Beam189，利用耦合和约束理论，在ANSYS中建立金属软管的有限元模型，对金属软管的拉伸、压缩、弯曲等特性分别进行有限元分析，得到金属软管的特性曲线，并将分析结果与试验结果进行比较，证明了有限元建模分析结果以及耦合和约束理论运用的合理性，为金属软管的力学性能和设计分析的进一步研究提供了参考。     

Q245R钢缺口试件早期损伤超声非线性特性研究

采用非线性超声技术,对含双边V型缺口的Q245R钢试件单轴拉伸过程进行测试,研究试件缺口附近区域不同位置的超声非线性特性。试验结果表明,超声非线性系数β能够准确表征材料的早期损伤状态,不同的拉伸损伤阶段β值变化规律不同,试件的不同位置因损伤程度不同表现出不同的超声非线性响应,距离缺口位置越近,损伤越严重,β值涨幅越大。试验通过β与损伤间的关系,验证了缺口附近区域的应力分布规律,证明了非线性超声技术在测试材料早期损伤方面的有效性。     

复合材料螺栓干涉连接结构压钉过程轴向力建模

复合材料干涉连接结构在螺栓压入过程中,由于螺栓杆与连接孔孔壁间存在显著的轴向相互作用,有可能在复材孔周引起分层损伤,更准确的控制轴向力对于提升复材干涉连接结构强度具有重要的意义。根据干涉配合螺栓压入过程中接触关系的变化,对压钉过程进行了阶段划分,并在经典层合板理论假设基础上,结合弹性力学复变函数方法,以干涉量为变量建立了螺接过程轴向力解析模型。基于ABAQUS软件,建立了干涉压入压钉过程的仿真模型,验证了解析模型的正确性。     

PCD刀具钻削CFRP轴向力的试验与仿真研究

PCD刀具广泛应用于碳纤维复合材料(CFRP)的钻削,其轴向力的变化影响制孔的质量。本文利用试验与有限元技术相结合的方法,对PCD刀具钻削CFRP的轴向力进行研究。通过试验得到主轴转速为6000r/min、进给速度为150mm/min切削参数下轴向力的值最小为126. 4N;基于DEFORM-3D建立材料的本构模型,得到在PCD刀具即将钻出CFRP板时所产生的轴向力与扭矩的值最大,并通过试验数据验证了有限元模型的正确性;应用二元二次非线性回归公式,得到轴向力的回归方程。     

平纹编织C/SiC复合材料层合板面内力学性能的可设计性研究

通过试验和理论分析,研究平纹编织C/SiC复合材料层合板的面内承载特性.制备(0°/90°)主方向和(±45°)偏轴向试件,并分别进行室温下面内单向拉伸和剪切试验.试验结果显示平纹编织C/SiC复合材料层合板的力学性能与纤维方向角相关,(±45°)偏轴向试件的抗剪切破坏性能明显较高.基于微观结构的解析模型分析表明,孔洞和微裂纹的存在大幅度降低了SiC基体的有效弹性模量.经典层合板理论仍然适用于该材料类型层合板的刚度分析,从而证实碳纤维对层合板力学性能的控制作用.平纹编织C/SiC复合材料层合板的面内力学性能具备良好的可设计性.