矿车盘式制动器热－结构耦合分析

研究矿车盘式制动器耦合场的分布规律。采用温度场与应力场直接耦合方法,根据矿车制动摩擦副的实际尺寸及热传导的原理,建立摩擦副三维瞬态热-结构耦合的有限元模型,对制动器在紧急制动工况下进行数值模拟。结果表明,耦合场下制动盘温度场、应力场都呈现带状分布,温度与应力的最大值出现在摩擦盘与摩擦片接触挤压处,且应力最大值的出现稍滞后于温度最大值,这说明了二者之间具有耦合特性; 摩擦副径向、轴向具有较大的温度分布梯度,因此会产生较大的热应力,对制动器摩擦副材料造成热冲击和热疲劳,严重时可能会导致制动盘出现裂纹。     

矿井提升机制动盘温度场与应力场的数值模拟

基于热传导理论和热弹性力学理论,对矿井提升机的制动过程进行了数值模拟。分析了制动过程中制动盘表面上边界条件的变化规律,并着重探讨了制动过程中制动盘表面对流换热系数的计算方法。在变物性的前提下,依据实际的几何尺寸,建立矿井提升机制动盘循环对称三维有限元模型,研究不同制动工况下制动盘的温度场和应力场分布。文中还对热应力的计算方法进行了探讨,并分析比较了各种方法的优劣性。研究结果表明:制动盘的温度应力分布与制动初始速度和加速度的大小密切相关。本研究为提升机提升速度和制动加速度的优化和高性能制动系统的设计开发提供了重要的参考依据。     

地铁列车轴装制动盘热力耦合仿真分析

电制动失效时的摩擦制动热负荷引起的制动盘热疲劳损伤是影响列车运行安全的重要因素。建立地铁列车轴装制动盘摩擦制动三维有限元模型,调查了制动盘在一次常用制动、一次紧急制动两种制动工况时的热-力耦合情况,获得制动盘在两种制动方式下的温度场和应力场。仿真结果表明,不同工况下制动盘面的温度分布具有相似规律,即在制动初期,盘面温度迅速上升并很快达到峰值点166.81℃和151.5℃,随后盘面温度缓慢下降。应力场初始以机械应力为主,随着制动温度的上升,热应力成为主要影响因素。应力场与温度场分布相似,但应力峰值延后于温度峰值出现。热应力在制动中会引起材料损伤积累,导致制动盘疲劳开裂。     

高速列车制动盘瞬态温度和热应力分布仿真分析

制动盘的热疲劳损伤是当前列车安全制动的主要威胁。制动过程中的瞬态温度和热应力分布是热疲劳损伤研究的基础。通过建立制动盘无内热源的三维温度场分布的数学计算模型,采用热弹塑性有限元法,利用摩擦功率法计算温度场载荷,仿真不同制动工况下制动盘摩擦热负荷产生的温度场以及热应力分布。主要计算一次常用制动、一次紧急制动、三次紧急制动和一次坡道制动这4种制动工况。通过仿真分析发现,不同工况下制动盘面的温度变化有着相似的规律。制动开始阶段,随着强热流的不断输入,盘面在很短时间内迅速升温,很快达到峰值点。随后,盘体逐渐通过辐射和对流的方式散热,温度缓慢下降。相对紧急制动和常用制动的升温过程,坡道制动的升温显得缓慢一些。研究不同工况下制动盘温度和热应力的变化和分布规律,为高速列车复合材料制动盘的热疲劳性能评价提供依据。     

风电制动器的热—结构耦合分析

针对制动器紧急制动时制动盘的旋转运动规律,根据风电制动器的实际结构和热传导的基本理论,建立了制动盘的温度场的数值模型,提出了循环迭代的计算方法,并用ANSYS有限元软件模拟了制动盘的温度场。将温度场中的热单元转化成结构单元实现热-结构的间接耦合,采用184单元刚性梁特性来带动制动盘转动,从而来模拟制动盘的减速运动,在充分考虑温度场和应力场的耦合关系的情况下,提出了分步加载的方法来计算制动盘的应力场。模拟结果表明:制动盘摩擦区域的点的等效应力分布与其温度场的分布基本一致。     

Analvsis of the thermal-structural coupling for the brake of wind-turbine generation

针对制动器紧急制动时制动盘的旋转运动规律,根据风电制动器的实际结构和热传导的基本理论,建立了制动盘的温度场的数值模型,提出了循环迭代的计算方法,并用ANSYS有限元软件模拟了制动盘的温度场.将温度场中的热单元转化成结构单元实现热-结构的间接耦合,采用184单元刚性梁特性来带动制动盘转动,从而来模拟制动盘的减速运动,在充分考虑温度场和应力场的耦合关系的情况下,提出了分步加载的方法来计算制动盘的应力场.模拟结果表明:制动盘摩擦区域的点的等效应力分布与其温度场的分布基本一致.     

轮轨激励对高速列车轴装制动盘热-机耦合疲劳分析

为研究轮轨激励对高速列车轴装制动盘热-机耦合疲劳影响,建立高速列车制动盘动力学模型和三维瞬态热-机耦合有限元模型,对紧急制动工况下轴装制动盘振动特性和热-机耦合特性进行计算分析。结果表明,高速列车制动盘在垂向上的振动加速度值最大,横向上最小,且振动形式以制动抖动为主,在0～100 Hz范围抖动最剧烈;与无轮轨激励工况相比,有轮轨激励的轴装制动盘表面温度升高得既快又高,在散热时,温度下降也更快;摩擦面总体呈现三个环状温度分布,在摩擦半径中心处制动盘表面温度比两侧温度高,在三个不同的摩擦半径上,温度呈现梯度分布;有、无轮轨激励工况下制动盘表面的疲劳损伤和疲劳寿命的分布云图与制动盘表面的温度场分布情况基本一致,且热应力越大制动盘表面的疲劳损伤越严重,疲劳寿命越短。     

基于ABAQUS制动器热流多场耦合建模分析

制动器工作过程中盘片摩擦产生的热流为非轴对称的,二者之间的热流耦合及其他场的耦合作用是影响制动效能的重要因素。基于以上问题,针对盘式制动器建立热传导方程,对盘片之间的摩擦传热和热流耦合现象进行分析。根据盘式制动器的结构特点和所建立的热传导数学模型,基于ABAQUS/Explict搭建其三维瞬态温度/应力场有限元模型,分析正常制动和紧急制动等典型工况下制动盘的温度场和应力场,对多场耦合现象进行分析;分析制动盘打孔后的温度场、热应力场等分布。结果表明:车辆在正常制动和紧急制动时,多场耦合有较大区别;正常制动工况最高温升160℃,紧急制动最高温升622℃;紧急制动工况,场耦合情况严重,温度场在轴向和径向上存在较大的温度梯度,对制动效能有较大影响;打孔不适用所研究的制动器,对场分布产生不利影响,会降低制动效能。所搭建模型和分析结果为实际设计提供参考。     

水冷盘式制动器热疲劳失效有限元分析

针对海洋钻井绞车在连续下钻过程中的制动工况,建立了水冷盘式制动器三维热—机耦合分析模型,运用大型有限元分析软件ABAQUS数值模拟了制动器的制动过程,获得了制动盘表面及内部温度场与应力场的分布特征,并以此为基础分析了制动盘热疲劳失效的机理。研究结果表明:连续制动工况下,制动盘的温度场与应力场相互耦合,两者具有相似的变化规律;周向热应力是形成制动盘表面初始裂纹的主要应力分量,在热应力反复作用下,该初始裂纹发展为粗大的裂纹,最终导致制动盘的断裂。分析结果与实际情况吻合较好,从而证明了该分析方法的正确性和可行性。     

汽车气压盘式制动器瞬时温度场研究

基于盘式制动器制动过程中能量耗散的研究，建立了紧急制动过程中制动盘与摩擦片瞬态温度场分析的有限：元模型。采用直接热力耦合有限元方法来分析制动器摩擦热的产生及其温度的瞬态分布。结果表明，摩擦片与制动盘的：最高温度和达到最高温度的时间都不一样，摩擦片的温度从内径到外径基本是升高的，制动盘表面温度是中间部分最：高，内外径表面温度相对较低。与间接热力耦合方法相比，直接热力耦合方法考虑了制动器温度场与其应力应变场的瞬；态交替影响，使温度场的研究结果更接近实际工况。     

面向数字成形制造的高精度模拟计算技术

在中国国家自然科学基金资助项目《工程中数值分析的复杂力学建模与高精度方法》、中国国家自然科学基金资助项目《精确成形制造中的高梯度特征建模与典型工艺分析》，以及中国教育部高等学校博士学科点专项科研基金资助项目《塑性微成形中复杂力学行为的两尺度耦合建模研究》共同资助下，开展高精度数值模拟方法的研究，对以上研究取得的成果进行学术总结。 认为数字成形制造的研究发展方向是：(1)数字成形制造的共性基础性问题研究，包括多场和多尺度耦合、高度非线性和高梯度、时间和构形的动态过程、局部精细和大规模计算、计算的可靠性；(2)数字成形制造过程的典型特征原型及建模，包括材料成形过程中的宏/微观、性能/组织等多场特征原型，固态塑性成形、液态及半固态成形、焊合过程的特征计算建模，典型制造过程(塑性成形、液态及半固态成形)模型的大规模数值计算方法；(3)基于网络的数字成形制造平台，包括基于网络实现成形制造数字化的基础问题研究，计算信息的数据管理与网络通信技术，基于网络的大规模平行计算实现(分布式和超级计算机)。     

航空发动机精密件精加工技术

航空发动机燃油附件精密偶件精度要求极高，加工难度大，生产效率低，合格率低。在国内，包括一流的大型航空制造企业，也都在尝试、探索中，尚无成熟工艺，是目前国内航空燃油附件专业生产厂家攻关项目，攻关近四十年效果不明显。文中针对精密偶件的尺寸精度、形位精度、配合精度要求极高的问题，提出在加工过程中的试验经验和部分改进措施。     

SIMUUTION OF ELECTROMAGNETIC TUBE BULGING BASED ON LOOSE COUPLING METHOD

A loose coupling method is used to solve the electromagnetic tube bulging. ANSYS/ EMAG is used to model the time varying electromagnetic field with the discharge current used as excitation, in order to obtain the radial and axial magnetic pressure acting on the tube, the magnetic pressure is then used as boundary conditions to model the high velocity deformation of tube with DYNAFORM. The radial magnetic pressure on the tube decreases from the center to the tube end, axial magnetic pressure is greater near the location equal to the coil height and slight in the other region. The radial displacement of deformed workpieces is distributed uniformly near the tube center and decreases from the center to the end; Deformation from the location equal to coil height to the tube end is little. This distribution is consistent with the distribution of radial pressure; Effect of the axial magnetic pressure on deformation can be ignored. The calculated results show well agreements with the experimental results.     

自升式海洋平台振动特性分析的研究综述和展望

针对目前自升式海洋平台需要向深水发展的特点,展示了海洋平台振动分析的必要性和回顾了当前振动特性分析的方法,主要包括3个部分.频域方法：分析了平台的自振特性、单自由度分析方法、线性载荷和非线性载荷;时域方法：主要对线性、非线性情形以及多种工况进行了分析;试验研究技术：着重于平台振动特性的测量方法和不同海床条件下的试验分析.通过讨论,得出了目前海洋平台动态特性分析和试验方法尚未完善的结论,同时指出了今后的潜在研究方向.     

十字万向传动轴的应用研究

介绍了十字万向传动轴的工作原理,对其运动特性、常用布置形式、主要性能参数进行了分析;并以梅钢热轧厂热卷箱传动轴为例,进行强度校核及轴承寿命计算,对于十字万向传动轴的实际应用有一定的指导意义.     

Dynamic coupling correlation of gas film in dry gas seal with spiral groove

In working state, the dynamic performance of dry gas seal, generated by the rotating end face with spiral grooves, is determined by the open force of gas film and leakage flow rate. Generally, the open force and the leakage flow rate can be obtained by finite element method, computational fluid dynamics method and experimental measurement method. However, it will take much time to carry out the above measurements and calculations. In this paper, the approximate model of parallel grooves based on the narrow groove theory is used to establish the dynamic equations of the gas film for the purpose of obtaining the dynamic parameters of gas film. The nonlinear differential equations of gas film model are solved by Runge-Kutta method and shooting method. The numerical values of the pressure profiles, leakage flux and opening force on the seal surface are integrated, and then compared to experimental data for the reliability of the numerical simulation. The results show that the numerical simulation curves are in good agreement with experimental values. Furthermore, the opening force and the leakage flux are proved to be strongly correlated with the operating parameters. Then, the function-coupling method is introduced to analyze the numerical results to obtain the correlation formulae of the opening force and leakage flux respectively with the operating parameters, i.e., the inlet pressure and the rotating speed. This study intends to provide an effective way to predict the aerodynamic performance for designing and optimizing the groove styles in dry gas seal rapidly and accurately.     

基于ANSYS与EDEM耦合的有砟轨道结构力学特性研究

通过离散元软件EDEM和有限元软件ANSYS的耦合模块,实现离散元与有限元的耦合分析。利用离散元软件EDEM建立有砟轨道三维离散元模型,模拟分析散体道砟颗粒和轨枕的相互作用力,利用有限元软件ANSYS分析结构件轨枕的变形和应力情况。通过建立跟实际模型相近的1节车厢下的轨道结构,利用ANSYS分析单个轨枕上的应力情况得到单根轨枕的载荷值,离散元软件EDEM将单根轨枕的载荷值作为边界条件施加在轨枕上进行离散元仿真,将离散元仿真结果中散体道砟颗粒对轨枕的反作用力数据导入到有限元软件ANSYS中,对轨枕进行静力学分析,分析结构件轨枕的变形和应力情况。     

微张力减径过程热力耦合有限元模拟

根据某厂十机架微张力减径机组轧制工艺,采用大变形弹塑性有限元法建立了管坯连轧三维热力耦合计算模型,并对实际工艺过程进行数值计算,得到了连轧过程中轧件的温度场、应变场和应力场分布规律。基于计算结果,分析了管坯壁厚分布规律、机架力能参数分布。所得结果与现场设定、实测结果吻合良好,表明了该计算模型的有效性。该模型可为现场张力减径工艺过程离线分析提供有力帮助。     

正交切削高强耐磨铝青铜的有限元分析

采用热力耦合、平面应变、连续带状切屑的切削模型模拟了高强耐磨铝青铜的正交切削加工过程。采用增量步移动刀具的方法,结合有限元分析软件Marc的网格重划分功能,模拟了刀具从初始切入到切削力和切削温度达到稳态的切削加工过程,获得了不同切削深度和切削速度下的切屑形态、温度、应力、应变和应变速率的分布。并将模拟计算得到的切削力和切削温度与试验结果进行了比较,两者具有较好的一致性。     

硅微陀螺仪正交耦合系数的计算及验证

硅微陀螺仪多采用微机械加工工艺制作,其加工的相对精度较低,从而易产生正交耦合误差,影响陀螺仪的输出。为了优化设计硅微陀螺仪结构,提高其性能,本文建立了陀螺仪正交耦合系数的理论分析模型。首先,利用能量方法推导陀螺仪驱动梁的面内刚度;然后,建立陀螺仪的刚度矩阵;最后,推导了正交耦合系数的理论计算公式。针对本课题组研制的双质量振动式硅微陀螺仪,理论计算出其直接耦合系数为4.74×10^-5,二次耦合系数为8.44×10^-7。得到的陀螺仪的正交耦合系数为4.75×10^-5,与仿真值相差8.7%。分析得到陀螺仪正交耦合系数的最大值为2.18×10^-4,与仿真值相差7.9%。最后,实验验证了计算结果的正确性。得到的结果表明,建立的正交耦合系数理论分析模型可为硅微陀螺仪的结构优化设计提供理论依据和实际指导。