表面粗糙层对两圆柱体接触的影响

本文应用粗糙面接触理论分析两粗糙圆柱体的接触问题,得出表面粗糙层对两圆柱体间的接触面积、接触压力分布和接近量的影响．     

基于共轭梯度法和快速傅立叶变换的粗糙表面微动接触数值研究

实际工程表面多为粗糙表面,研究粗糙表面的表面形貌对微动接触中压力和应力的影响具有重要意义。本文研究接触过程中法向载荷保持不变,切向载荷为周期性的交变载荷。首先,建立接触算法和模型,算法核心是利用共轭梯度法CGM(Conjugate gradient method)计算微动接触中的表面压力及切向应力并利用快速傅里叶变换FFT(Fast Fourier transform)加快计算速度。然后,对单峰表面、正弦表面和随机粗糙表面的接触进行数值研究。结果表明,表面幅值对切向载荷-位移曲线以及接触过程中的能量耗散有影响,表面幅值越大,相同切向载荷作用下产生的切向位移越大,能量耗散也越大。     

珩磨缸套与活塞环表面弹塑性接触分析

缸套-活塞环表面接触分析,能够对船用发动机设计决策提供重要支持.由于缸套珩磨网纹表面具有双高斯分布特征,基于高斯分布假设建立的统计接触力学模型无法反映缸套-活塞环表面的真实接触状态.本文中基于边界元理论,采用快速傅里叶变换和共轭梯度法,开发了粗糙接触弹塑性接触数值仿真分析方法,并对缸套珩磨网纹表面与活塞环接触状态进行了仿真计算,获得了表面真实接触压力、接触面积、弹塑性变形和应力等接触特性参数,研究了不同载荷作用下珩磨网纹表面接触演变规律,为活塞环缸套摩擦学设计奠定了基础.     

压电涂层-功能梯度压电界面层-基底结构的二维接触问题研究

在多层压电元件中,由于界面处材料成分和性质的突变,常常导致界面处应力集中,使得界面处出现开裂或蠕变现象,从而大大缩短了压电元件的使用寿命。功能梯度压电材料作为界面层,可有效的缓解界面材料不匹配导致的破坏。本文主要研究利用功能梯度压电材料界面层连接压电涂层和基底,分析三层结构在圆柱型压头作用下的力电响应。利用傅里叶积分变换技术,本文将压电涂层-功能梯度压电层-基底结构在刚性圆柱压头作用下的二维平面应变接触问题转化为带有柯西核的奇异积分方程。运用高斯-切比雪夫积分公式,将奇异积分方程转化为线性方程组并对其进行数值求解,得到压电涂层-功能梯度压电层-基底结构在圆柱形压头作用下的应力分布和电位移分布。数值结果表明,梯度压电材料参数的变化对结构中的力电响应具有重要的影响。本文研究结果对于利用功能梯度压电界面层消除界面处的应力不连续导致的界面破坏具有重要的理论指导意义,研究结果可为功能梯度压电材料界面层的设计提供帮助。     

粗糙面在梯度表面层上滑动接触的应力分布

对粗糙面在梯度表面层上的滑动过程进行应力分布研究,以模拟实际摩擦过程中,考虑塑性变形情况下,梯度覆层体中的应力分布规律,同时与均质体及单覆层体进行比较研究,分析了在表面载荷相同时滑动接触的应力分布。结果表明覆层体出现塑性变形后,在接触表面上的压力分布与弹性变形时有很大变化,在界面处梯度层的应力分布比单层膜更为理想,其应变梯度也较小;受相同表面载荷作用下产生塑性变形时,梯度层膜在基体产生塑性变形较小     

基于微凸体接触压力分布的粗糙表面法向接触建模

提出一种考虑微凸体弹塑性接触变形影响的粗糙表面法向接触力学模型.采用有限元模拟微凸体弹塑性接触过程,分析不同塑性屈服条件对微凸体接触载荷和实际接触面积的影响.再根据微凸体接触面上压力分布的变化规律,将微凸体的接触状态分为完全弹性接触阶段、弹塑性接触阶段、完全塑性接触阶段.分析接触面压力变化规律对微凸体法向接触载荷-变形的影响,再利用GW模型的数理统计分析的方法得到粗糙表面的法向接触载荷.将论文提出的模型与完全弹性模型、CEB模型、ZMC模型、KE模型、JG模型进行对比,并且研究了塑性指数对粗糙面接触载荷-平均高度距离的影响.结果表明,论文提出的模型能够更好地描述微凸体法向接触载荷与接触变形的变化趋势,模型预测粗糙表面法向载荷与ZMC、KE模型具有较好的一致性;粗糙面接触载荷随着平均接触距离增加而减少,随着塑性指数的增加,不同模型预测的法向接触载荷差异逐渐增大.     

封隔器卡瓦接触应力研究

封隔器上的卡瓦锚定后起到支撑封隔器、锁定胶皮筒的作用,其性能好坏直接影响到油井的产量和生产安全。卡瓦与套管间的咬合力分布决定了封隔器在使用中的成败。咬合力的分布是否合理,将直接关系到套管的损伤程度及卡瓦的寿命。文中同时应用有限元法和三维光弹性技术对封隔器卡瓦进行了接触应力分析,介绍了实验模型的建立和实验步骤以及计算模型的建立和边界条件的考虑,比较了数值计算与三维光弹实验的结果,分析了造成误差的原因。实验应力分析结果为有限元计算模型的建立及边界条件的确定提供了重要的实验保证。研究工作获得了一些重要的结果,为封隔器卡瓦的优化设计提供了相关的参数。     

基于Hertz 理论圆柱和平面之间的滑动接触分析

当圆柱与平面之间产生摩擦滑动接触时,基于Hertz理论,推导了平面内应力分量的计算公式,分析了应力的分布,描述了应力分布的特点.在接触表面上,存在最大拉应力和最大压应力;最大拉应力出现在拖动边的边缘,而最大压应力发生在导向边的区域.因此,如果接触平面因拉或压应力引起失效,首先会出现在接触表面;第一型裂纹的产生及扩展首先会发生在拖动边的边缘.剪应力,主剪应力及Von-M ises等效应力(当摩擦系数较小时)的最大值均会出现在接触体内,存在于导向边.因此,塑性滑移开始首先会发生在接触体内,然后,才扩展到接触表面.这些结论为工程应用研究提供了依据.     

游离水对点接触区润滑油成膜特性的影响

水污染作为润滑系统污染的常见形式,对润滑油本身以及机械系统都有巨大的危害.目前关于水分对点接触区润滑特性造成影响的直接观测研究还较少,更多的是通过磨损后的接触副状态来推测可能的破坏机理.因此开展水分存在条件下与润滑接触区油池的相互作用,以及对接触区润滑能力造成影响的研究,能够对探究水分造成的机械元件早期失效机理,开展水污染的防护工作起到理论指导作用.本文作者研究了不同润滑条件下游离水对点接触区成膜特性的影响,提出了游离水对接触区膜厚产生影响的无量纲判据,发现了游离水对点接触润滑油池及轨道的冲刷及乳化作用,是造成接触区膜厚下降及回流减弱的主要原因,直接证明了游离水可造成点接触结构的早期润滑失效.     

黄铜/钢摩擦副接触面积对磨损的影响研究

本文对不同直径铜销与钢盘的摩擦磨损进行了研究,研究结果表明：在相同正压力条件下,不同直径销的磨损率随销直径的增大有降低趋势,并且这种降低趋势随销直径的增大逐渐趋于平缓,当接触面积增大到一定尺寸后,其磨损率不再变化,趋于恒定值,由此建立了相同正压力条件下磨损率与接触面积的变化规律数学模型。根据该模型可确定摩擦副的设计尺寸或预测摩擦副的使用寿命;在正压强和其他试验条件相同的条件下,不同直径铜销在单位时间单位面积上的磨损量随着销直径的增大有降低的趋势,并且这种降低趋势随销直径的增大逐渐趋于平缓,本文从铜销直径变化而导致的摩擦副接触表面生热和铜销表面散热等方面对这种现象进行了论述。     

高温封隔器胶筒与套管接触压力的实验研究

本文利用所研制的高温封隔器测试装置,应用高温电阻应变测试技术与有限元相结合的方法,研究了油井高温封隔器胶筒与石油套管内壁接触压力大小和分布规律,为优化高温封隔器的设计,提供有价值的数据。     

岩石时频效应的实验研究

对饱和泵油南京砂岩和饱水大理岩在MTS上进行了单轴压缩实验和正弦波加载实验,求得两种饱和岩石的单轴抗压强度和屈服强度,并获得随正弦波频率的提高,饱和泵油南京砂岩的杨氏模量、纵横波速度增大,具有较明显的频散效应.饱和岩石中的微细观缺陷在正弦波加载中引起滞后,导致瞬时杨氏模量与应力成不对称"X"形,获得随正弦波频率增高,"X"交点在模量轴上的位置增高,杨氏模量增大,模量的频散增强.本文揭示了岩石的非线性时频响应的一些物理机理,对于岩石介质中的非线性波动研究以及地震、工程等理论研究和应用都具有重要意义.     

接触应力对轮轨材料滚动摩擦磨损性能影响

利用MMS-2A型微机控制摩擦磨损试验机研究了接触应力对轮轨材料的滚动摩擦磨损性能影响.结果表明：随接触应力的增加,滚动摩擦系数呈增加趋势,车轮和钢轨试样磨损加剧;相同接触应力水平下,车轮试样磨损量大于钢轨试样,表面损伤严重;随接触应力的增加,车轮试样表面从犁沟且轻微剥落向严重剥落损伤转变,钢轨试样表面损伤主要表现为犁沟效应并伴随有剥落现象,但相比车轮试样的剥离损伤要轻微.     

接触状态对叶根轮槽应力分布影响的研究

汽轮机叶片叶根、轮槽连接区域常因加工误差及磨损等原因导致接触状态的改变,从而改变整个区域应力分布并大大降低汽轮机的使用寿命。本文运用数字光弹性技术实验测试了长叶片叶根、轮槽在不同接触状态下的应力分布情况,同时结合有限元进行了仿真计算。结果表明,叶根、轮槽对称接触时,全部齿同时接触的应力集中系数最小且分布较均匀;而当部分接触齿产生间隙时,接触状态发生显著变化,应力集中系数明显增大;尤其是当左右齿非对称接触时,最大应力集中系数明显增大且应力分布不均匀。本文研究可为叶根、轮槽的优化设计、加工以及叶片的装配、维护提供实验依据。