拉伸和扭转载荷下WR-CVT非连续接触钢绳环应力及变形研究

本文利用ProE/5.0建立2/3捻距钢绳环非连续接触三维模型,在Abaqus中进行轴向拉伸和扭转载荷下的非连续接触钢绳环有限元分析,在非连续接触钢绳环损伤试验台上对钢丝绳进行磨损实验,并借助光学显微镜(OM)对磨损后钢丝表面磨痕分布进行了分析,结果表明:等效应力、轴向应力、轴向变形均沿钢丝绳轴线方向呈螺旋状分布;在绳股截面上,等效应力由芯丝向侧丝逐渐递增,在绳槽接触区域出现最大值,实验表明钢丝表面也呈现椭圆磨痕,与仿真结果相一致.     

考虑O形圈初始安装变形的浮动油封接触特性*

为研究浮动油封O形圈初始安装变形的影响,基于Ansys Workbench平台建立浮动油封的二维轴对称有限元模型,并考虑O形圈初始安装变形进行非线性接触分析,研究不同油压、安装间隙、硬度对于O形圈的应力、接触压力、接触摩擦力以及浮封环端面支反力的影响。结果表明：考虑安装过程的情况下,O形圈并不是位于浮动油封中相对居中的位置,而是在浮动油封中部偏上位置,且O形圈的最大von Mises应力相比不考虑O形圈安装过程时更大,因此考虑O形圈安装过程更符合实际情况;油压升高造成最大von Mises区域变小变窄会加大裂纹失效的风险;最大接触摩擦力集中于浮封环端面处,且接触长度随油压增大不断增加;浮封环端盖y方向作用力的增速远超x方向作用力的增速;在恒定油压的情况下,应力随安装间隙的减小而增大,应力随硬度的增加而增大;浮动油封在2 MPa油压范围内,最大接触压力均大于油压,能保证浮动油封的自密封性。     

钢绳环式无级变速器钢绳环轴向偏移分析

针对钢绳环式无级变速器(WR-CVT)在传动比变化过程中钢绳环的轴向偏移限制了CVT速比变化范围和承载能力这一问题,以钢带环轴向偏移为参考,建立了钢绳环轴向偏移量计算模型,计算结果显示最大偏移量为0.6369mm,最大偏移角为0.23°,该最大偏移量、最大偏移角较相同参数及条件下金属带式无级变速器（MB-CVT）钢带环的相应参数分别减小15.8%和0.04°。钢绳环在金属块鞍面圆弧槽内的滚动致使其承载能力优于钢带环。     

电梯制动器热机耦合数值模拟

制动器是保证电梯的安全运行重要安全部件,对某抱闸式电梯制动器进行了有限元分析,计算了制动时闸瓦与制动轮间的受力以及摩擦生热的热机耦合过程。计算获得的闸瓦最大等效Mises应力为9.55 MPa,最大温升为8.2℃,均发生于闸瓦最先接触制动轮的边缘位置。为闸瓦的受力变形及温升性能测试提供了一种新方法。     

新型金属带式无级变速器钢丝带承载特性分析

针对新型金属带式无级变速器钢丝带的承载特性问题,建立了WR-CVT变速过程中紧边钢丝带的受力平衡方程,以P811型CVT为研究载体,运用Abaqus软件,对速比为2.35时紧边钢丝带的应力变化规律进行数值模拟。结果表明:扭矩载荷作用下交互捻钢丝带的承载特性优于同向捻钢丝带;在新型金属带进入锥轮时,交互捻钢丝带的钢丝轴向应力波动幅度达到了平均应力的37.07%,导致钢丝在轴向发生位错;变速过程中,紧边钢丝带内钢丝的应力整体变化较为明显,钢丝带在径向和轴向的承载均存在不均匀现象。     

基于安装过程的O形圈安装结构优化分析

基于有限元分析软件ANSYS建立了O形往复密封圈二维轴对称几何模型,预测了实际安装过程中O形圈的静力学特性行为,分析了操作参数和轴端安装结构参数等对密封圈最大von Mises应力和最大平面剪切应力的影响规律,并给出了保证密封圈可靠安装过程的轴端安装结构参数最优值。结果表明,安装过程中,当密封圈与引入角内端圆角接触时,密封圈所受的von Mises应力和平面剪切力最大,且均发生在密封圈内部靠近空气侧处;减小对摩副接触摩擦因数、使引入角内端圆角半径大于3 mm及合理选择引入角角度均有利于降低密封圈安装受损的风险,这与实际工程经验较为符合。     

组合式弹性片金属密封环密封特性有限元分析

利用ANSYS Workbench软件建立组合式弹性片金属密封环有限元模型,分析密封环初始压缩量、工作压力等对密封环最大Von Mises应力、接触应力大小及接触部位压力分布的影响。研究表明:组合式弹性片金属密封在不受工作压力情况下,顶块与封严片之间并不是完全接触的,不能起到密封效果,但在工作条件下,在一定的预压缩量下其顶块与封严片之间完全接触,满足密封要求;适当增加预压缩量可以提高密封环密封性能,但同时其所受的最大Von Mises应力也增大,当最大Von Mises应力大于材料的屈服极限时密封环会失效。通过计算得到弹性片的安全工作夹角范围,为组合式弹性片金属密封环的设计、安装及使用提供依据。     

基于有限元仿真的发泡硅橡胶老化规律研究

通过力学性能测试得到发泡硅橡胶应力应变曲线,结合Ogden(Foam) 3阶超弹本构模型,建立发泡硅橡胶静密封系统的有限元仿真模型,得到大压缩量下发泡硅橡胶的von Mises应力及接触压力分布情况。仿真结果表明:大压缩量下发泡硅橡胶对称中心线位置的von Mises应力、接触压力值较大,在橡胶边缘和靠近限位环处接触应力数值有突增。开展140℃热空气老化试验,测定老化后发泡硅橡胶应力应变曲线,结合有限元仿真模型分析发泡硅橡胶老化后von Mises应力、接触压力的变化规律。结果表明:经过热空气老化后,在一定载荷下发泡硅橡胶等效应力和接触压力均呈增大的趋势。     

基于Solidworks软件的闭式叶轮强度分析

在不改变气动参数的前提下,本文通过对一个带有17个叶片的闭式离心叶轮造型,分析了在实际工况下叶轮表面的von Mises应力分布,发现在叶片进口边,尤其是叶顶和叶根位置应力最大。为了减小叶轮局部位置上最大von Mises应力,分别对叶片与轮盘、轮盖的连接处倒圆进行了分析。进一步对轮盘与轮盖的几何结构重新设计,分析结果证明盘侧厚度增加有助于提高叶轮强度。通过整体叶轮外形改进,叶片进口处的应力集中现象得到大幅度改善。     

非圆金属O形环装配预紧过程仿真模拟

反应堆压力容器密封用超大直径金属O形环在加工完成后会无可避免地产生变形,理想圆度难以保证,导致其在装配预紧过程中产生复杂的变形结果。为研究椭圆金属O形环装配预紧过程的变形特征,在以同周长方式构建椭圆环模型进行仿真模拟的基础上,根据椭圆金属O形环与法兰内外壁面的接触关系,研究其压缩过程中关键截面的变形位移和关键截面特征点的运动轨迹变化,较为全面地分析了椭圆金属O形环的整体变形情况。仿真结果表明:椭圆金属O形环在压缩过程中长轴处沿径向向内移动,短轴处沿径向向外移动,整体变形结果趋于圆形;并且长轴和短轴截面发生方向相反的扭转,使椭圆金属O形环产生扭转变形。     

金属板材成形应力统一解

为了弄清材料拉压强度不相等时板材成形问题的应力解答和最大截面缩减率,根据统一强度理论,对金属板材成形问题进行分析,得出考虑中间主切应力影响和材料拉压比影响的金属板材成形应力统一解,以及反映最大截面缩减率与拉压比和中间主切应力参与系数之间关系的统一解,给出韧性金属板材成形最大截面缩减率可能的取值域.分析过程中引入一个反映金属板材拉制和压制工艺的系数,将金属板材成形问题的拉制解和压制解统一起来.当材料拉压强度相同时,金属板材成形应力统一强度理论解退化为金属板材成形应力统一屈服准则解,金属板材成形应力的Mises解是金属板材成形应力统一屈服准则解的特例.     

采用双弧面金属密封结构的新型环空排气阀性能研究

针对常规环空排气阀采用的橡胶密封易受高温、高压强腐蚀气体侵蚀而失效的难题,设计一种具有双弧面金属密封结构的新型环空排气阀。采用有限元方法,分析不同下入深度时新型环空排气阀金属密封的应力与接触压力分布以及密封接触宽度的变化。结果表明:该阀在下入深度小于等于600 m时,最大Mises应力大于壳体材料屈服强度,最大接触压力为壳体材料屈服强度的1～1.37倍,而密封接触宽度基本保持不变,能够实现金属密封。对新型环空排气阀进行了开启压力和密封压力实验,模拟数据与实验数据大致吻合,表明该阀在下入深度小于600 m,密封压力不大于45 MPa的条件下,具有良好的连通、密封上下环空的功能。     

铝-钢异种金属CMT焊接接头应力场的数值模拟

利用ABAQUS有限元软件对铝-钢异种金属冷金属过渡(CMT)焊接过程中焊接接头应力分布进行了数值模拟,分析了应力分布的变化规律,并进行了试验验证。结果表明:不同焊接时间下,焊接接头在钢板和铝合金板侧的von Mises应力分布不对称,其中铝合金板侧承受的应力较钢板侧的小;在焊接过程中,近焊缝处的纵向应力由压应力转变为拉应力,横向应力在焊初始阶段为拉应力,随后变为压应力,再转变为拉应力;在铝合金板侧和钢板侧热影响区的纵向残余拉应力最大,分别为125,208 MPa,位于铝合金板侧和钢板侧的横向残余压应力峰值几乎相同,约为80 MPa;残余应力分布模拟结果与试验结果的拟合优度为0.75,证明了模拟结果的准确性。     

基于非Hertz接触理论的连续切换轮辊子变形分析

介绍了一种目前广泛应用于移动机器人领域的连续切换全向轮。通过分析辊子的几何模型,建立辊子轮廓面的参数方程,并提出了两相邻辊子间间隙应满足的条件。根据全向轮与地面的接触条件,提出了基于非Hertz(赫兹)接触理论分析轮缘处辊子与地面接触的变形情况,并将结果与ANSYS有限元方法对辊子接触变形进行对比验证。为此类连续切换轮的结构分析及减小振动提供了理论基础。     

基于ANSYS的轮对过盈配合微动分析

铁道机车车辆在运行过程中,轮对过盈配合面边缘由于微动产生微动损伤.微动幅值是影响轮对过盈配合面微动运动特性的重要因素之一,由于难以用仪器进行测量,利用通用有限元软件ANSYS对RD2轮对过盈配合面在210 kN轴重载荷作用下的微动情况进行了模拟分析.以轮对受轴重载荷静止于轨道上的弯曲变形情况来表征其运行过程中某一时刻的弯曲变形情况,通过计算,获得轮对过盈配合面内、外侧区域的轮座与轮毂某接触节点副的相对滑动规律和应力分布.结果表明,在轮对转动过程中,轮座与轮毂配合面内、外侧接触区内的节点副相对运动模式为变方向、变应力的复合微动.在210 kN轴重载荷作用下,轮对过盈配合面间所计算节点副的最大轴向相对位移为32 μm,最大切向相对位移为2.6 μm.     

低温U形金属密封环密封性能分析及改进设计

为了研究不同结构参数对U形金属密封环密封性能的影响规律,利用ABAQUS软件建立某U形金属密封环的二维轴对称模型,在常温预紧工况和低温工作工况下计算分析U形密封环厚度、截面宽度、腿部厚度以及圆弧半径等结构参数对密封环最大Von Mises应力、接触压力大小及其分布以及接触宽度的影响。结果表明,将U形环厚度增大为3.8 mm、腿部厚度减小为0.1 mm时,U形环密封性能提高;取截面宽度在6.4~6.8 mm之间、圆弧半径在0.7~0.9 mm之间,均能获得较好的密封性。根据计算结果,针对加载后U形密封环腿部出现翘曲的现象,提出了减小U形环腿部右端高度的改进方法。     

珩磨顶杆的有限元分析及结构优化

小顶杆是珩磨工艺中最容易损坏的零件之一,主要原因是杆顶端螺纹处产生应力集中和顶杆中部产生弯曲变形。用ANSYS有限元分析软件完成建模后对小顶杆进行应力及变形分析。根据变形图和等值应力分布云图分析得出,螺纹连接是整体结构的薄弱部分,应力集中主要出现在前3道螺纹处,这是导致小顶杆损坏的直接原因。据此提出了小顶杆结构优化的改进方案,并进行有限元分析验证,得出螺纹最大Von Mises应力由改进前的108MPa降低为98MPa。为杆类结构和螺纹连接设计提供了理论依据,对螺纹连接在工程实际中的推广使用有着重要的意义。     

履带拖拉机导向轮拐轴结构完整性分析

在履带拖拉机工作过程中,导向轮不同方向的移动,使得拖拉机导向轮与拖拉机机身之间拐轴的受力情况非常复杂。为了对拐轴结构完整性进行准确的分析,首先依据拐轴的设计尺寸建立实体三维有限元模型。其次,分析拐轴在工作过程中的受力情况,对有限元模型施加合适的载荷。通过计算分析获得拐轴受到的最大Von Mises应力为471MPa,并依据最大Von Mises应力对拐轴进行寿命分析,获得拐轴使用寿命为无限次。因此,导向轮拐轴在正常工作情况下,结构完整性不会发生任何损坏。     

金属带式无级变速器圆弧段金属块接触特性研究

以金属带式无级变速器圆弧段金属块接触特性为研究目标,建立了圆弧段金属块挤压力数学模型和有限元模型,并运用两种方法进行了金属块接触应力和变形量的数值计算,结果显示压应力和变形量的数值解与解析解在规律上基本一致,但由于金属块几何形状简化时接触面积减小导致解析解数值较高。随着金属块厚度的增加,z方向压应力随金属块厚度减小很快,其符合圣维南原理。本研究为金属块结构优化等内容的开展奠定了一定的理论基础。     

两种密封结构橡胶密封圈密封性对比分析*

以发动机出水口处螺栓预紧橡胶密封结构为例,分别建立橡胶密封圈在三孔和四孔螺栓装配结构下的有限元模型,利用有限元软件ABAQUS对比分析橡胶密封圈在不同螺栓装配结构下在不同工作温度下的密封性能和应力状态。结果表明:随着温度的升高,三、四孔螺栓预紧结构下密封圈的von Mises应力、接触应力、最大真实应变及接触宽度均逐渐增大;各工况下采用三孔和四孔螺栓装配结构时密封圈的密封性能相差不大且均满足密封要求,但采用三孔结构时密封圈具有更小的von Mises应力,有利于提高密封圈的使用寿命。