基于ANSYS的真实粗糙表面微观接触分析

基于材料弹塑性变形理论,采用激光测量仪测取零件表面微观形貌数据,使用小波对测量数据进行处理,提取不同层次的粗糙度,利用有限元分析软件ANSYS及其APDL工具,建立真实粗糙表面不同尺度上的微观接触参数化有限元模型,仿真分析了粗糙表面接触的弹塑性变形全过程。提出了基于ANSYS重启动分析、网格重划的多载荷步求解算法,以解决有限元微观接触分析过程中的网格畸变问题。通过通用后处理模块/POST1,提取了有限元分析结果文件中的真实接触面积、接触载荷、接触微凸体个数等接触参数,分析了多种不同粗糙度表面相互接触时接触参数的关系,以及不同尺度的粗糙面对接触参数的影响,为研究结合面的接触机理和连接性能提供了方法。     

平面磨削粗糙表面的微观接触模型

通过拟合实测平面磨削表面单个微凸体的轮廓数据,提出一种采用半周期余弦曲线回转体等效微凸体的方法。通过对实测表面轮廓的峰谷标记处理,获得了等效微凸体轮廓的尺寸参数。结合高斯分布,建立了能够更加准确表征平面磨削表面形貌特征的模拟表面。在模拟表面的基础上,基于接触力学理论与统计学理论,重新解算了微凸体在弹塑性变形区间的临界压入深度。推导出接触区域内接触参数与接触压力的解析关系,进而建立起一种针对平面磨削表面的微观接触模型。最后将实测平面磨削表面的统计参数作为接触模型数据仿真的初始值,将本文模型与CEB模型以及KE模型就平均距离和真实接触面积的预测结果进行了对比分析。结果显示,在相同接触压力的条件下,该模型相比CEB模型与KE模型所得到的平均距离与真实接触面积的预测值更大,并且三者之间的差值随着接触压力的增加而逐渐增大。结合不同微凸体轮廓假设对平面磨削表面微凸体轮廓数据的拟合结果来看,该模型对于平面磨削表面接触参数的预测结果更加准确且合理。     

微观随机粗糙表面接触有限元模型的构建与接触分析

基于相关文献提出粗糙表面模拟方法,通过软件工具在ANSYS中建立微观粗糙表面接触有限元模型,利用该模型分析载荷对弹塑性变形和接触面积的影响。结果表明:随着正压力的增大,粗糙表面上不断地有微凸峰与平面发生弹性接触变形,接触斑点(或接触斑点群)的数目逐渐增加,斑点中心区域的弹性变形很快达到最大,微凸峰负荷变形的同时也使斑点四周区域受到挤压;初始接触时,轮廓高度较大的微凸峰率先发生弹性变形,随着压力的增大,金属材料所受应力达到屈服极限同时粗糙表面的弹性变形和塑性变形的集中区域不断增加,真实接触面积不断增大;接触区数目的增多和接触区面积的增加都可以导致接触面上真实接触面积增加;随着压力的增大,真实接触面积的增大并不是由于接触区数目的增多,而是微观接触区面积的增大。     

等温密封环摩擦状态演变预测与试验研究

结合浮动密封环的工作特点,提出一种基于载荷分配概念的密封摩擦状态演变预测模型。设定载荷分配系数,对粗糙表面微凸体接触和流体润滑接触两个部分摩擦力进行建模计算,根据微凸体承载力和总承载力等参数信息获得总摩擦因数值。模拟计算获得反映密封接触特性的摩擦因数与转速、压力以及表面粗糙度的关系曲线,仿真曲线历经完整的摩擦与润滑区,能够对不同摩擦状态下的接触特性进行预测。利用密封系统试验台对模型进行分析和验证,结果表明两者变化趋势保持一致,具有共同特征,说明密封摩擦预测模型能够真实反映密封摩擦副的接触规律及其变化情况,是预测密封摩擦状态的有效方法。     

微观组织演变元胞自动机模拟研究进展

金属的微观组织是决定其宏观力学性能的主要因素,在热塑性变形过程中,金属的微观组织会发生动态回复、动态再结晶、静态回复和静态再结晶等一系列变化,形成新的晶粒。在材料成分一定的条件下,影响晶粒演化的外部因素是温度、应变和应变速率。因此,如何通过控制热塑性变形过程中的温度、变形量和变形速度,来达到控制微观组织及产品力学性能的目的,已成为塑性加工领域的热点研究问题,在非连续热塑性变形中尤其如此,乃至于成性的重要性远大于成形。简述元胞自动机(Cellular automata,CA)方法的基本原理及思想,概述CA法在微观组织模拟中的建模方法及应用,特别是CA法在静态再结晶,动态再结晶过程中模拟晶粒生长的研究进展。同时,指出目前研究中存在的亟须解决的几个问题,展望CA法模拟微观组织演变的发展趋势。     

轮齿微观接触模型的研究动态

针对接触理论的发展，本文论述了关于建立轮齿微观接触模型研究的发展概况，微观接触研究的重要性及其产生的理论和应用背景，并介绍了微观接触模型的建立方法和发展动态     

表面微观轮廓的非接触测量

一、引言从测量方式来看，表面微观轮廓的测量可分为接触式和非接触式。接触式很难用于起伏的表面轮廓测量。非接触式测量主要以光学方法为代表，如干涉测量法。但是，传统的干涉测量方法（如干涉显微镜）在提供的信息量、信息的可靠性以及提取信息的手段方面都存在一些固有的限制，无法获得表面轮廓曲线，干涉图的到读相当复杂费时，对于无规则条纹无法判断表面凹凸。随着光电技术和计算机技术的发展，在光干涉领域出现了条纹扫描技术、锁相干涉技术、移频干涉技术和相移干涉技术等，为表面轮廓测量新方法的研究，开辟了新的途径。本文介绍…     

基于不同微观固体接触模型的轮轨表面变形特性分析

针对轮轨表面接触变形问题,采用不同的统计型微观固体接触模型,即Greenwood-Williamson （GW）模型,Chang-Etsion-Bogy （CEB）模型和Zhao-Maietta-Chang （ZMC）模型,研究轮轨接触表面变形特性。利用Newton-Raphson方法对微观固体接触模型公式进行求解,并同时求解间隙方程和载荷平衡方程。考虑不同粗糙度和不同塑性指数下各微观固体接触模型的压力分布情况,以及接触半径随载荷的变化情况。并将不同微观固体接触模型的结果和Hertz模型结果对比,结果表明弹塑性微观接触模型（CEB,ZMC）比弹性模型（GW）有着更小的接触压力以及更宽的接触半径,最大压力均小于最大Hertz接触压力,接触半径均大于Hertz接触半径。     

动态再结晶过程的定量化可视化元胞自动机模拟

以热加工过程的金属学理论为基础,将金属的宏观热塑变形参数和内部能量状态引入以正六边形为基元的元胞自动机仿真方法,建立定量化、可视化的动态再结晶二维元胞自动机模型。模型中充分考虑了形核率、临界形核位错密度、位错密度增长以及再结晶晶粒长大驱动力和内部能量状态等多方面因素,可模拟加工硬化、动态回复、形核以及再结晶晶粒长大等一系列过程。利用该模型以纯铜为例对不同温度、不同应变速度下的动态再结晶过程进行模拟,再现动态再结晶形核、晶粒长大的微观组织演变过程,定量分析动态再结晶的动力学特征,并在该模型的基础上分析应变速率对动态再结晶过程以及再结晶晶粒尺寸的影响。模拟结果与相同热变形条件下的纯铜试验结果基本吻合。     

表面粗糙度和微观轮廓非接触测量的现状与技术水平

近年来,工件表面的非接触测量应用越来越广泛。本文介绍了表面非接触测量几种主要方法,并作了分析比较,表明了非接触测量技术在现代工业表面质量控制中的重要作用。     

考虑动态特性的角接触球轴承微观热弹流分析

建立角接触球轴承的几何和数学模型,综合考虑几种不同轴承材料的弹流润滑性能,求得套圈采用Si3N4、滚球体采用GCr15的角接触球轴承的热弹流润滑完全数值解。在此基础上,进一步考虑角接触球轴承的几项重要基本参数(密合度、钢球数目等)及接触角随轴向载荷的变化对弹流润滑性能的影响。对轴承在承受纯轴向载荷作用下的热弹流润滑完全数值解进行分析,求得在不同轴向载荷下的压力、膜厚及温度分布图。结果表明:套圈、滚球体材料均选用Si3N4和分别选用Si3N4、GCr15两种情况下,最小油膜厚度更大,同样工况下,后者滚球体表面温度更低;密合度的增大有利于润滑油膜的形成;滚球体数量越多,油膜整体压力越小,油膜厚度越大,滚球体、套圈及油膜温度越低;轴向载荷越大,轴承的实际工作接触角越大;接触角的变化对弹流润滑具有很大影响,在考虑了接触角随轴向载荷的变化后得知,接触角增大,油膜的最小膜厚增大,最大压力减小。     

弹性状态下粗糙表面的法向接触刚度

粗糙表面接触问题是一类重要和具有实用价值的实际工程问题。采用Hertz理论和粗糙表面随机接触模型,研究弹性状态下粗糙表面法向接触刚度,推导出在不同接触体的法向接触刚度公式。由推导的理论公式可知,粗糙表面在随机接触模型中接触刚度跟载荷成正比,与表面粗糙度均方值成反比。     

基于微观模型分析的承压粗糙界面接触状态超声评价方法

提出一种用于承压界面接触状态超声评价的粗糙界面微观模型。通过对承压粗糙表面微观特性理论分析,建立粗糙界面微观形貌参数与承压界面超声响应之间的关系。开展三种不同粗糙度承压铝界面超声透射试验,得到加载和卸载过程界面透射系数随压力变化关系,进而获得界面接触刚度和非线性系数。研究表明,在较小压力情况下,超声非线性系数对承压界面接触状态评价具有更高的灵敏度。通过对试验检测数据进行非线性最小二乘拟合处理,确定出接触界面微观形貌特征参数,进而计算出接触界面声学特性指标。理论计算得到声学特性与试验结果吻合较好,证明粗糙表面微观模型用于非完好界面声响应预测的有效性。     

铸态42CrMo环坯热辗扩微观组织模拟

为避免传统环件热成形工艺需要多次加热等问题,以铸态42CrMo合金环坯短流程铸辗复合成形工艺为研究对象,通过Gleeble-1500D热模拟试验机及金相显微镜进行系列试验研究,得到温度850~1 150℃,应变速率0.05~5 s-1的流变应力曲线。对流变应力曲线进行图形变换求解出位错密度变化和每个动态再结晶晶粒生长的动力学行为,并评估成核和动态再结晶晶粒的生长动力学行为。研究晶粒拓扑变形技术,并通过主成分分析对晶粒的拓扑结构进行优化。结果表明,采用Kock-Mecking(KM)位错密度模型可以揭示42CrMo合金动态再结晶过程中的位错密度演变,结合元胞自动机和优化后的晶粒拓扑变形技术的KM位错密度模型,能精确地模拟位错密度动态再结晶过程。     

双圆弧齿轮的精确建模与动态接触分析

基于SolidWorks操作平台介绍了双圆弧齿轮的三维精确建模的方法,并可以使用VBA语言对其端面齿廓参数化,建立的三维模型导入到Ansys/LS-DYNA中,运用其显式非线性动力分析程序,对其进行动态接触分析,对双圆弧齿轮的设计计算具有一定的参考意义。     

弹性状态下粗糙表面法向接触刚度的研究

粗糙表面接触问题是一类重要和具有实用价值的实际工程问题。采用Ｈｅｒｔｚ理论和粗糙表面随机接触模型, 研究弹性状态下粗糙表面法向接触刚度,推导出在不同接触体的法向接触刚度公式。由推导的理论公式可知,粗糙表面 在随机接触模型中接触刚度跟载荷成正比,与表面粗糙度均方值成反比     

M-Cubes白重构机器人系统动态模型描述方法研究

从模块、构型对M-Cubes自重构机器人进行了分析,用特征向量对模块的当前外部状态进行了描述;用元模块缓解单元模块的运动约束,增强模块的运动能力,并对元模块的状态进行了描述。静态构型引入了通信网络、能量网络、计算网络;动态构型引入动态图、元胞自动机,动态描述系统构型。模块个体和构型的分别描述提高了整个系统的认知程度,仿真试验表明,该方法是有效的。     

车削真实粗糙表面的弹塑性接触有限元分析

目前表面模型主要以统计数学方法和分形方法居多,不能真实的反应表面特征.通过Wyko NT1100形貌测量仪获得车削表面的形貌数据,利用最小二乘法对Bad点和噪声点进行拟合插值处理,然后通过逆向建模得到真实粗糙表面模型,运用有限元方法,研究了弹性阶段和弹塑性阶段无量纲化接触面积和位移随无量纲化载荷的变化关系.结果表明:利用测量数据格式与CATIA V5之间联系,可以建立真实粗糙表面的模型;在弹性接触阶段,无量纲化接触面积和位移与无量纲化载荷之间近似成线性关系;而在弹塑性接触阶段,当弹塑性切向模量Et较大时,无量纲化接触面积和位移与无量纲化载荷之间才近似成线性关系.当载荷一定时,Et越小,接触面积和位移越大,对于一定接触面积和位移的载荷也越大.     

管路连接件粗糙表面接触力学与密封性能分析

为研究真实管道连接件在拧紧力矩作用下的接触状态和密封机制,从而有效控制管路密封性能,以真实管路连接件为研究对象,对粗糙接触表面真实接触形貌数据进行实测,通过逆向建模工程建立粗糙接触表面有限元模型,利用有限元仿真分析方法得出真实接触面积比与平均接触应力的关系。结果表明,在开始施加位移载荷时同时发生弹性与塑性变形,随着载荷的增加,发生塑性变形区域越来越大,形成真实接触区域部分也逐渐增加。基于逾渗理论对接触界面进行栅格化模型模拟,通过寻径算法得出接触界面达到密封时所需要的最小真实接触面积比,结合仿真结果得到管路连接件接触表面达到密封时所需要的最小接触应力值。研究结果为管路连接件密封性能仿真分析提供重要密封评判指标,也进一步通过仿真分析得到管接头密封条件下的最小拧紧力矩提供参考。     

M—Cubes自重构机器人系统动态模型描述方法研究

从模块、构型对M-Cubes自重构机器人进行了分析,用特征向量对模块的当前外部状态进行了描述;用元模块缓解单元模块的运动约束,增强模块的运动能力,并对元模块的状态进行了描述.静态构型引入了通信网络、能量网络、计算网络;动态构型引入动态图、元胞自动机,动态描述系统构型.模块个体和构型的分别描述提高了整个系统的认知程度,仿真试验表明,该方法是有效的.