内啮合直齿轮的三维接触应力分析

本文运用三维弹性接触问题的有限元局部网格密化技术有有限元－线性规划法计算了内啮合直齿轮副在啮合过程中不同接触位置的接触应力分布，对此分析了系统静载和动载作用下的齿轮接触应力，揭示了内啮合直齿轮在啮合过程接触应力的变化规律。从而为内啮合直齿轮的接触强度及其可靠性分析奠定基础。     

内啮合直齿轮的三维接触应力分析

本文运用三维弹性接触问题的有限元局部网格密化技术和有限元－线性规划法计算了内啮合直齿轮副在啮合过程中不同接触位置的接触应力分布。对比分析了在系统静载和动载作用下的齿轮接触应力，揭示了内啮合直齿轮在啮合过程中接触应力的变化规律。从而为内啮合直齿轮的接触强度及其可靠性分析奠定基础。     

静电微电机微转子接触动力学特性分析

提出静电微电机中转子和固定轴承间相互接触的数学模型，对微尺度下的接触应力和应变 特性进行理论推导，分析静电微电机几何参数、静电力、材料特性及加载电压对接触宽度、 应力和应变特性的影响，对比研究不同工况下接触宽度、接触应力和应变的变化，并就相同 的问题进行有限元分析，探讨摩擦系数对接触区von Mises应力、应变和接触压力 的影响，结果表明有限元模拟所得接触应力和应变分布与数学 模型的解析值较为相似.     

渐开线齿轮接触应力测量实验方法研究

采用光弹性三维剪应力差法对接触应力进行了研究.根据相似原理将模型在载荷作用下进行应力冻结;通过模型切片及分析对渐开线齿轮接触应力进行测量,并采用赫兹接触理论和有限元方法分析渐开线齿轮的接触应力.试验结果表明,接触正应力小于Hertz接触理论解及有限元计算结果.因接触点的应力梯度很大,剪应力差法受网格密度的制约,均化了接触点的实际应力梯度.但是,其误差仍在合理范围内,完全可以满足工程需要.试验测量值与赫兹接触应力理论值及有限元结果的比较表明,该方法是合理可行的.     

非连续变形计算力学模型的粘弹性分析方法Ⅱ:算例分析

应用作者提出的非连续变形计算力学模型粘弹性分析方法对具体的多体系统在动力外荷载作用下的响应进行了数值模拟，探讨了系统中物体的粘性阻尼对整个系统的变形、应力和接触应力等的影响。与通用软件ABAQUS的计算结果进行了比较研究，两种方法所得到的结果基本一致，但所发展的方法克服了ABAQUS中接触应力分段均匀分布的缺陷，因而所得到的接触应力较为合理，同时也说明了所提出的方法为由刚体、弹性体和粘弹性体所构成的复杂多体系统的数值分析提供了有力的工具。     

某差速器齿轮的动态接触仿真与疲劳分析

为分析差速器齿轮的疲劳寿命,运用动态有限元与试验相结合的方法,研究了锥齿轮在啮合过程中的应力分布以及疲劳强度。首先基于CATIA软件对差速器的半轴齿轮、行星齿轮进行了参数化建模,并采用动态有限元法模拟了齿轮副在最大扭矩工况下的动态接触;再根据有限元强度分析结果,将最大接触应力作为静载输入,运用疲劳分析软件对齿轮副的接触疲劳性能进行计算;最后进行了差速器齿轮副的台架试验,并将仿真结果与台架试验进行了对比。结果表明:齿面最大接触应力产生于节圆附近,齿轮间的最大接触应力为1309MPa;半轴齿轮在90%存活率下的疲劳寿命为3.394×106;仿真结果与台架试验具有较好的一致性,齿轮满足疲劳寿命要求。将动态有限元和疲劳寿命分析方法相结合可以有效预测差速器齿轮疲劳寿命。     

应用三维光弹性分析轧辊的接触应力

对有限长，外载荷又集中作用的轧辊，当其母线接触压靠性，接触面上的应力分布是不均匀的。于是，根据弹性力学理论推导的无限长辊子相互压靠的接触应力“赫芝”解法无法得到充分应用。由于这个原因。该文提出了一个辊子接触应力非均匀分布模型假设，它是在横向满足半椭圆分布，而纵向为未可知的曲线分布，根据这个假设应用三维光弹性的应力切片法及有限元数值计算概念。导出了这类辊子接触应力的混合计算方法。作为一个应用实例，该文讨论了宝钢1420双平整轧机轧辊的接触问题，该轧机有六个辊子组成，上下三三对称，其中最外层为支承辊，中间是中间辊，下层是工作辊，工作辊与轧件接触，钢厂在板形控制研究中，十分需了解各辊子之间的接触应力，应用该文分析方法。可以得到接触面上理想的三向接触应力值。为厂方的板形控制工艺改进提供了极有用的参数。     

φ205超高压釜体螺纹部分热接触有限元分析

用有限元混合法对射孔弹模拟装置中φ２０５超高压釜体螺纹部分的热弹性接触应力进行了综合分析，所用的数学模型把确定接触力的大量迭代运算凝缩到少数螺牙接触点上进行，避免了多次形成和求解原方程，大大提高了运算速度，引入伪弹簧解决了总刚奇异性问题。     

φ205超高压釜体螺纹部分热接触有限元分析

用有限元混合法对射孔弹模拟装置中φ２０５超高压釜体螺纹部分的热弹性接触应力进行了综合分析，所用的数学模型把确定接触力的大量迭代运算凝缩到少数螺牙接触点上进行，避免了多次形成和求解原方程，大大提高了运算速度；引入伪弹簧解决了总刚奇异性问题。     

考虑接触应力非线性分布的接触力元模式及其验证分析

在作者提出的非连续变形计算力学模型中,采用接触力元模型描述多体接触界面上的接触特性．由于这种模型中假定接触应力沿接触界面为线性分布,从而得到的接触界面应力分布往往出现跳跃等非光滑性特征,该文对此进行了改进,采用具有高阶光滑性的非线性函数建立了能够考虑界面上接触应力非线性分布的接触力元模式,以期合理地揭示多体系统中界面的接触特性．对某一典型算例进行了数值计算,通过与大型通用非线性有限元结构分析软件ABASQUS的计算结果对比,验证了所建议计算模型的合理性与有效性．两种方法计算得到的界面接触对上的接触力基本相同;而由于采用的应力分布模式的假定不同,接触应力有所差别,由于在该文计算模型中接触对上的接触应力是按照未知量直接求得的,因此按照所建议的非线性接触力元模式所得到的接触应力更为合理．     

固体火箭发动机滚动球窝喷管弹塑性摩擦接触承载性能分析

固体火箭发动机滚动球窝喷管的弹塑性摩擦接触承载性能,属于复杂结构在复杂载荷作用下的弹塑性摩擦接触问题,它直接决定着系统的结构设计和功能发挥。为保证系统在承受极端工作载荷时,喷管不产生大的轴向位移,阴球、阳球与滚动体间具有一定的接触强度,同时不产生过量的塑性变形,设计阶段,基于计算精度高的三维摩擦接触问题的Lagrange乘子法,解决了与弹塑性耦合的算法问题;在滚动体运动分析及摩擦测试的基础上,模拟系统冷试车冲压试验,充分考虑材料表面强化层,建立了各构件间的弹塑性摩擦接触模型。有限元计算结果及冷试车分解试验、系统作动力矩测试试验结果表明,系统弹塑性摩擦接触承载性能满足结构设计要求,有限元建模及计算结果正确。     

瞬态耦合热弹塑性接触有限元分析方法

在弹性接触问题有限元混合法的基础上,把材料非线性和表面非线性两种迭代过程耦合,在瞬态温度场分析中将伽辽金法和向后差分法结合,并用混合法进行热接触迭代,把瞬态温度场分析和弹塑性接触分析耦合。提出了一种瞬态耦合热弹塑性接触有限元分析方法,并已成功地用于核容器的密封分析。     

齿轮接触有限元分析

通过接触仿真分析研究了通用接触单元在轮齿变形和接触应力计算中的应用。建立了一对齿轮接触仿真分析的模型，并使用新的接触单元法计算了轮齿变形和接触应力，与赫兹理论比较，同时也计算了摩擦力对接触应力的影响。计算分析了单元离散、几何、边界范围与加载或约束处理方式的误差，建立了一个计算轮齿变形和接触应力的标准，说明了新的接触单元法的精确法、有效性和可靠性。     

岩质圆形隧洞围岩应力场弹塑性新解

针对动态接触问题的有限元并行计算，提出了一种新的接触算法. 新算法引入局部拉氏 乘子技术来计算接触力. 由于同时考虑了无穿透的接触约束条件和相邻接触对的相互影响， 较之广泛使用的罚参数法，新算法使接触约束条件和系统平衡方程得到更充分的满足. 虽然 为提高接触计算精度而在局部采用了迭代技术，但算法仍然具有较高的效率，且与显式时间 积分方案完全相容. 此外，通过构造专门的区域分解方案，实现了将现有为串行程序开发的 搜索算法平滑移植到并行环境的目标. 数值算例表明，所提出的接触算法具有很好的并行性， 在保证了接触问题并行计算精度的同时，取得了满意的并行效率.     

A finite element model for numerical simulation of thermo-mechanical frictional contact problems

Two kinds of variational principles for numerical simulation of heat transfer and contact analysis are respectively presented. A finite element model for numerical simulation of the thermal contact problems is developed with a pressure dependent heat transfer constitutive model across the contact surface. The numerical algorithm for the finite element analysis of the thermomechanical contact problems is thus developed. Numerical examples are computed and the results demonstrate the validity of the model and algorithm developed. The project supported by the National Key Basic Research Special Foundation (G1999032805), the National Natural Science Foundation of China (50178016, 10225212) and the Foundation for University Key Teacher by the Ministry of Education of China     

Contact friction analysis and stress oscilation suppression with a simple interface element

A simple interface element for analyzing contact friction problems is developed. Taking nodal displacements and contact stresses as unknowns, this element can simulate frictional slippage, decoupling and re-bonding of two bodies initially mating or having gaps at a common inteface. The method is based on the Finite Element Method and load incremental theory. The geometric and static constrait conditions on contact surfaces are treated as additional conditions and are included in stiffness equations. This simple element has the advantages of easy implementation into standard finite element programs and fast speed for convergence as well as high accuracy for stress distribution in interface. Undesirable stress oscillations are also investigated whenever large stress gradients exist over the contact surfaces. Exact integration or the conventional Gauss integration scheme used to evaluate the interpolation function matrix of the interface element is found to be the source of the oscillations. Eigenmode analysis demonstrates that the stress behavior of an interface element can be improved by using the Newton-Cotes integration scheme. Finally, the test example of a strip footing problem is presented.     

海洋系泊链钢22MnCrNiMo腐蚀磨损试验与数值分析研究

建立了锚链在海洋环境中腐蚀磨损(简称"磨蚀")累积损伤数值分析方法,该方法采用非线性有限元分析,能够同时考虑锚链链环间接触面在海水中的腐蚀和磨损耦合损伤。针对22MnCrNiMo低碳低合金钢材料,进行了力学性能、海水侵蚀以及磨蚀性能等多方面的试验研究,确定了基于该材料的锚链链环间接触面在海水中磨蚀损伤数值分析中的相关参数。通过对计算结果与试验结果的比较分析,验证了锚链链环间接触面磨蚀累积损伤数值分析方法的可行性与准确性。     

基于有限元法的轮轨蠕滑特性研究

轮轨滚动接触蠕滑率／力理论是轮轨相互作用一系列问题研究的基础．现有的几种计算蠕滑力的理论模型均建立在Hertz接触条件和半空间假设的基础上，已经无法完成对复杂的接触问题的进一步研究．使用有限元参数二次规划法来求解轮轨的三维弹性／弹塑性接触问题，得出了在不同的轴重、牵引力矩、摩擦系数、踏面形状、横向力条件下的轮轨接触力．提出用轮轨接触的轮周位移计算蠕滑率的新方法，并对在各种参数下所得到的蠕滑率进行了分析比较．     

非连续变形计算力学模型的粘弹性分析方法Ⅰ:基本理论

基于粘弹性广义有限单元和接触力元，发展了适用于多体相互作用系统非连续变形分析的粘弹性数值分析方法，通过虚功原理，给出了其分区参变量最小势能原理，从而阐明了其理论基础。粘弹性广义有限单元的本构关系可由粘弹性退化为弹性或刚性，因此本文所提出的方法可对由刚体、弹性体和粘弹性体所构成的复杂多体系统在外荷载作用下的力学行为进行数值模拟，同时能够比本文精确地直接得到多体之间的接触应力。     

不同材料交界面上接触应力的有限元分析

工程中有许多不同材料组成的结构。对这类复合结构，正确计算材料交界面上的接触应力是非常重要的。通常的位移有限元法得到的应力是不连续且欠准确的。本文提出了一种新的用于不同材料交界面处的接触单元。应用虚位移原理和结合考虑材料交界面上的约束条件，文章建立了接触单元的刚度矩阵和等效荷载向量。该单元具有算法简单，程序容易实现的优点。计算实例证实了该单元的实用性和可靠性。