考虑微凸体弹塑性变形的结合面分形接触模型

基于分形接触理论,建立了考虑微凸体弹塑性变形的结合面分形接触模型.通过对所建模型的数值仿真,直观揭示了接触载荷与实际接触面积间的非线性关系,以及弹塑性变形对结合面接触的影响.仿真结果表明,接触载荷随着实际接触面积的增加而增加,两者呈近似线性关系.同样的接触面积下,接触载荷随着分形粗糙度系数G的增加而增加,随着分形维数D变化的规律比较复杂.弹塑性接触面积占总接触面积的比例随着接触面积的增加而略微减小,同时随着G的增加而增加.弹塑性接触面积所占比例与D的关系是复杂的.弹塑性接触载荷不可忽略,弹塑性载荷占总载荷的比例与粗糙度系数及接触面积无关,只随着分形维数的增加而减小.忽略微凸体弹塑性接触时,接触载荷会略大于考虑弹塑性接触时的结果,误差在5％～60％之间,误差随着分形维数的增加而减小.     

两圆柱体结合面法向刚度分形预估模型及其仿真分析

对M-B分形模型进行了修正,分析了微凸体弹性、弹塑性、塑性各阶段的变形性质。从宏观和微观相结合的角度,建立了考虑摩擦因素的两圆柱体结合面法向刚度分形预估模型,该模型具有几何特性和尺度独立性,在一定程度上完善了结合面动力学参数的分形模型。通过仿真分析揭示了实际接触面积、法向载荷和摩擦因数对圆柱体结合面法向刚度的影响。仿真结果表明：两圆柱体结合面法向刚度随着实际接触面积的增大而增大,且在较大分形维数时增大速率较快;随着法向载荷的增大而增大;随着摩擦因数的增大而持续减小,当摩擦因数小于0.3时,法向刚度随摩擦因数的增大呈线性衰减,当摩擦因数大于0.3时,法向刚度随摩擦因数的增大呈指数衰减规律。     

端面规则凹坑造型机械密封综合性能的数值分析

考虑密封端面间液膜的空化现象和流体动、静压效应的相互影响,建立了端面规则凹坑造型机械密封的理论分析模型,利用多重网格法分析了在不同的密封系数下,球缺面凹坑的几何结构参数对端面间液膜开启力、摩擦转矩和液膜刚度的影响.结果表明,密封系数和微凹坑的深径比对密封性能的影响较大,密封系数越大,液膜开启力和刚度越大,存在最优的深径比使液膜开启力和刚度达到最大,且最优的深径比随着密封系数的增大而减小;面积密度对密封性能的影响不明显,存在最优的面积密度使液膜开启力和刚度达到最大,且最优的面积密度不受密封系数的影响.     

粗糙面变形特性对摩擦温度与接触压力的影响

在考虑微凸体间的相互作用及摩擦界面摩擦热流耦合等影响基础上,建立一具有三维分形特性粗糙表面/理想平面接触的热力耦合模型,运用有限元软件ANSYS中的非线性有限元多物理场方法,数值模拟并分析了弹性粗糙实体/理想平面刚性体(E/R)、弹塑性粗糙实体/理想平面刚性体(P/R)的摩擦滑动过程,揭示了粗糙表面不同变形特性下粗糙实体摩擦热、接触压力与接触面积的变化规律。发现在匀速滑动过程中,摩擦表面最高接触温度在波动中缓慢上升,而最大接触压力和接触面积则在一定范围内波动。弹性接触(E/R)中接触压力、摩擦温度比弹塑性接触(P/R)大,而接触面积则小很多。在分析摩擦过程中粗糙实体热、力问题时,考虑粗糙接触体的弹塑性变形对结果有较大的影响。     

结合面卸载分形模型

基于分形接触理论以及微凸体的卸载模型,建立了结合面的分形卸载模型。在模型中考虑了弹性以及弹塑性微凸体的卸载。通过对所建模型的数值仿真,揭示了卸载过程中接触载荷、实际接触面积、接触压力与干涉量间的非线性关系,以及卸载过程与加载过程的不同。结果表明,结合面的卸载过程是弹性的,且卸载过程取决于加载过程的最终状态。卸载过程中,接触面积和载荷是干涉量的函数。卸载开始时,接触面积和接触载荷都急剧减小,并且小于加载时的值。随着卸载量的增加,接触面积很快超过了加载时的接触面积,而接触载荷在很大范围内都远小于加载时的接触载荷。在整个干涉量区间内,接触压力都远小于卸载时的接触压力。     

基于分形理论的结合面法向接触阻尼与损耗因子模型

基于结合面法向阻尼耗能机理及MB接触分形修正模型,提出了一种结合面法向接触阻尼模型及结合面间阻尼损耗因子模型.仿真结果表明,分形维数在较小范围内,法向阻尼与法向总载荷呈微凹弧非线性关系,且随着法向总载荷和分形维数的增大而减小,随着分形尺度参数的增大而增大;分形维数在较大范围内,法向阻尼与法向总载荷呈微凸弧非线性关系,且随着法向总载荷和分形维数的增大而增大,随着分形尺度参数的增大而减小.而结合面损耗因子与法向总载荷呈微凹弧非线性关系且随着法向总载荷的增大而减小,随着分形尺度参数的增大而增大,分形维数在较大值范围内,结合面损耗因子随其增大而增大.     

关于机械密封的处理方法

机械密封在使用中因管道介质中的杂质和结晶物沉积于密封腔内，使动环和动环座、轴套间的间隙易被阻塞，造成动环在轴向的动作不灵活甚至被卡死、弹簧被腐蚀卡涩而弹性不足．不能提供原设计的端面比压，致使密封面不能良好地贴和，液膜平衡被破坏，导致密封出现微漏。随着结晶物和杂质颗粒进入摩擦副端面,密封面逐渐被磨损，再加上动环轴向补偿不灵，造成密封泄漏量增加，最终导致密封彻底失效。     

结合面切向接触刚度分形模型建立与仿真

基于接触分形理论和微接触面积分布函数,建立了计及微接触面积分布的域扩展因子影响的结合面切向接触刚度分形模型,并通过数字仿真直观揭示了结合面切向接触刚度与结合面诸参数之间的非线性关系以及这些相关参数对切向接触刚度的影响规律.仿真研究结果表明,结合面切向接触刚度随着结合面法向载荷的增大而增大,随结合面切向载荷的增大而减小,随结合面分形特征长度尺度参数的增大而减小,但随结合面分形维数的变化规律比较复杂.     

激光表面跨尺度织构化机械密封摩擦性能

采用声光调Q的半导体泵浦Nd：YAG激光器,利用＂单脉冲同点间隔多次＂激光加工工艺在碳化硅机械密封环端面进行跨尺度织构化处理,制备微凹坑织构和宏观上游泵送槽织构,用表面形貌三维测量仪测量激光加工后的试样.在机械密封计算机辅助试验台上,进行了激光表面跨尺度织构机械密封与无织构机械密封的摩擦性能对比试验,研究了跨尺度表面织构在不同的密封介质压力和转速等工况下对机械密封摩擦转矩的影响.结果表明：激光表面织构化技术能在密封环表面进行微凹坑型及微凹槽型织构的跨尺度加工.在试验的工况参数范围内,无论是在低压低速,还是在高压高速工况下,激光表面跨尺度织构均可以显著地改善机械密封的摩擦性能.与无织构机械密封相比,激光表面跨尺度织构机械密封的摩擦转矩最大可减小65%,并且运转相对较为稳定,受密封介质压力和转速的影响相对较小,这是由于所制备的跨尺度表面织构起到了改善密封端面间润滑状况的作用.     

双粗糙面滑动摩擦过程应力与应变分析

建立了具有分形特征的二维双粗糙表面滑动接触模型,考虑材料的弹塑性变形及滑动过程中损伤失效,运用有限元方法动态探讨相嵌微凸体在滑动过程中应力与应变的变化情况.结果显示不同位置的等效塑性应变沿深度的变化规律不同,最大等效塑性应变量发生在摩擦次表层的某一深度处;随着塑性应变的增大,导致材料表层下微观裂纹的萌生,在外载荷持续作用下,表面一定深度处存在着一交错的剪切应力区,这一应力区阻止了裂纹沿深度方向扩展,但却促使了裂纹沿平行于摩擦表面方向的延伸裂纹扩展乃至发生断裂.     

纳米尺度接触过程分子动力学模拟

为研究纳米尺度接触过程力学行为,以刚性半球体接触压入单晶硅表面为分析对象,建立分子动力学模型并求解仿真,得到纳米尺度接触过程中微观接触区域的状态变化和接触作用力变化规律.由于粘附力作用,两表面尚未完全接触时,基体原子发生纳米尺度接触所特有的“突跳”现象.随着接触深度增加,基体原子位错和滑移带相继出现,接触区域的硅材料由初期弹性变形转向后期塑性变形.在脱离接触过程中,基体材料有部分弹性恢复,接触完全脱离时,球面仍粘附着部分硅原子.然后利用原子力显微镜,对应分子动力学模拟时的参数条件和接触过程,进行实验对比分析,实验结果表明:分子动力学模拟不但对纳米尺度接触过程力学行为的分析是可行和有效的,而且可以观察到实验无法反映的微观细节.     

结合面法向接触刚度分形模型建立与仿

基于接触分形理论和微接触大小分布函数,建立了计及微接触大小分布的域扩展因子影响的结合面法向接触刚度的分形模型,并通过对所建模型的数字仿真,直观地揭示了结合面法向接触刚度与结合面诸参数之间的非线性关系,探讨了这些相关参数对法向接触刚度的影响规律.研究仿真结果表明,结合面法向接触刚度随着结合面法向载荷的增大而增大,随结合面分形特征长度尺度参数的增大而减小,但随结合面分形维数的变化规律比较复杂.     

冷冻储藏对心肌力学性能的影响

为了研究冷冻贮藏对心尖组织力学性能的影响,将心尖组织冷冻48 h并对冷冻后的组织样本和新鲜无冷冻的样本分别进行双向拉伸,讨论并分析在纤维方向和交叉纤维方向上新鲜无冷冻样本和冷冻样本的力学特性有无显著性差异.试验研究的力学参数有在纤维方向和交叉纤方向上的峰值拉伸比、力学拉伸比、预加载拉伸比、低应力区域的弹性模量、高应力区...     

异型薄壁管件截面校正工艺理论与实验研究

管壁上有两条大导程螺旋槽的异型薄壁圆管，管内壁的圆度有较高设计精度要求，需通过校正工艺保证。根据薄壁圆管弹塑性理论，结合有限元分析结果，设计了专用于异型薄壁管截面校正的链式组合模具，提出了截面校正工艺方法，实验表明，该方法能满足异型薄壁管件的校正工艺要求。     

水润滑塑料合金轴承的弹性变形及其影响

从分析水润滑塑料合金轴承不在动压条件下的弹性变形入手，推导出支承间隙方程式，并通过傅立叶级数对压强函数进行展开，分析了弹性变形和压强的关系。最终得出动压条件下压强分布函数和弹性变形函数，并以此对实际工况的一些现象进行了解释。     

角接触球轴承动力学建模与实验

针对轴承装配体结构振动的问题,采用矩阵变换方法分析了双列角接触球轴承接触变形的几何关系,使得分析过程更加简洁和精确,并以此为依据,结合赫兹接触理论和拉格朗日分析力学原理建立了轴承装配体结构5自由度动力学模型;讨论了预紧力、接触角、滚动体位置等对系统固有频率的影响;研制了轴承装配体结构动力学参数测试实验台,实验结果表明,该动力学模型能够较准确地预测结构动态参数,误差在15%以内,满足工程计算的需要。     

基于静力隐式方法的板料成形过程数值模拟

介绍了板料成形静力隐式弹塑性有限元数值模拟的基本理论和接触界面数值模拟技术以及增量过程应力计算的回映技术。基于这些方法开发了静力隐式程序，对球形模具拉伸成形过程进行了数值模拟，计算结果与文献[8]的计算结果吻合很好，文中给出了板料圆柱形模具成形回弹的数值分析结果。     

纳米单晶与多晶铜薄膜力学行为的数值模拟研究

通过对不同温度下单晶薄膜的拉伸性能的分子动力学模拟，从微观角度揭示了温度效应对材料性能的影响. 结果表明温度效应对材料的变形机理影响很大.0K温度下由于缺乏热激活软化的影响, 粒子运动所受到的阻碍较大, 薄膜的强度较高, 塑性变形主要来自于粒子的短程滑移.温度升高，粒子的热运动加剧，屈服强度降低, 塑性变形将主要来自于大范围的位错长程扩展.多晶薄膜的模拟结果表明, 虽然其晶粒形状较为特殊, 但是它仍然遵循反Hall-Petch关系.在模拟过程中，侧向应力最大值比拉伸方向应力的最大值滞后出现.位错只会从晶界产生并向晶粒内部传播，晶粒间界滑移是多晶薄膜塑性变形的主要来源.