基于ANSYS的轮轨接触疲劳分析

通过分析ANSYS求解断裂参数K因子的原理位移外推法,并比较ANSYS仿真计算与断裂力学的解析解结果,表明ANSYS计算K因子的精确度可以达到99.9%。对钢轨表面存在裂纹的轮轨接触疲劳问题进行研究,在不同裂纹角度下,获得不同位置的裂纹尖端应力强度因子。结果表明:随着裂纹角度的增加,应力强度因子KI增加而KII减小;在裂纹角度比较小时,裂纹以滑开型破坏为主,随着裂纹角度的增加,其破坏形式向张开型破坏转变;疲劳裂纹最危险的位置发生在接触斑边缘位置,在钢轨养护时,应选用固体润滑剂。     

均匀火焰包围下液化气容器的瞬态应力场分析

针对均匀火焰包围下的球型液化气容器的热响应问题,运用传热学理论和有限元方法计算并分析了均匀火焰包围下的球型液化气容器的瞬态热应力、机械应力和总应力.结果表明对于均匀火焰包围下的球形液化气容器,容器的最大当量热应力远大于最大当量机械应力,最大当量应力位置出现在最高液面附近,液面的波动是产生较高应力的根本原因.应对与液面接触的壁面区域进行重点防护.     

基于APDL的机车牵引齿轮齿廓修形分析

在ANSYS环境下采用APDL语言,通过对机车牵引齿轮轮齿端面齿廓曲线(即标准渐开线、齿根过渡曲线)和螺旋线形状的准确控制,完成了机车牵引齿轮对的标准渐开线斜齿轮精确模型的建立,并利用模型进行接触有限元仿真分析.在求出各修形参数后确定了修形曲线方程,对比齿廓修形前后在啮入、啮出位置的应力值,验证了齿廓修形可以很大程度改善齿轮冲击和应力集中,使齿轮传动更平稳.     

车轮次表面裂纹力学特性分析

为了研究车轮次表面裂纹的力学特性,利用ANSYS软件建立了轮轨接触的有限元模型,分析了车轮纯滚动时裂纹尖端应力随车轮运动时的变化规律,研究了轮轨蠕滑系数对裂纹尖端应力的影响.结果表明:当裂纹位于轮轨接触区域上方时,裂纹尖端的von Mises应力和切应力变化十分剧烈,其值分别是无裂纹时的3.2倍和21.7倍;在轮轨初始接触时,最大von Mises应力不是发生在裂纹尖端,而是出现在裂纹尖端的后方位置处;裂纹尖端von Mises应力和切应力峰值随着轮轨蠕滑系数的增大而逐渐增大.研究结果显示车轮次表面裂纹对应力影响很大,因而在车轮制造及检测中要密切关注裂纹状态,以防发生事故.     

荷载与温度耦合下沥青路面结构复合型反射裂缝断裂分析

根据疲劳断裂理论,以ANSYS中APDL参数化命令为开发平台,编制出荷载与温度耦合作用下的沥青路面结构复合型反射裂缝疲劳扩展分析程序,并采用最大周向拉应力理论,判断复合型裂纹的扩展路径和方向,计算分析了荷载作用位置、层间接触状态、各结构层参数对裂缝扩展过程中复合型应力强度因子的影响变化规律．     

摆动活齿传动的热弹耦合变形

为了提高摆动活齿的传动性能,根据摆动活齿传动的啮合原理,分析了在摆动活齿传动中,活齿与内齿轮的接触传热过程;探讨了活齿与内齿轮啮合副产生的摩擦热流的计算方法;利用有限元分析方法建立了内齿轮的有限元分析模型;提出了摆动活齿传动轮齿本体温度分布、接触弹性变形和热弹耦合变形的分析计算方法.研究结果表明:内齿轮的最高温度出现在工作齿廓曲线的拐点附近,内齿轮的热变形增大了齿厚,对轮齿的弹性变形有一定的补偿作用,应用本文方法计算得到的内齿轮热弹变形符合实际工况,轮齿最大的热弹耦合变形量为0.045 mm.     

基于FKM的某型转向架轴箱端盖疲劳强度评估

针对某型转向架轴箱端盖螺栓孔处易产生裂纹的问题,使用FKM准则和EN13749标准规定载荷对轴箱端盖的疲劳强度进行评估,结果表明:在标准规定载荷下端盖最大应力超过屈服极限进入塑性变形阶段,应力最大的位置位于端盖螺栓孔与端盖体的过渡区域.分析结果表明:端盖应力过大的主要原因是螺栓预紧力过大;根据FKM准则计算出了轴箱端盖的利用度,并提出了提高材料屈服强度和降低螺栓预紧力相结合的优化方案,仿真结果为解决轴箱端盖裂纹提供了参考建议.     

XFEM及其在正交异性钢桥面板疲劳裂纹扩展中的应用

为了研究某大桥扁平钢箱梁正交异性钢桥面板模型试验中出现裂纹的原因,根据试验模型创建了三维扩展有限元(XFEM)模型进行整节段数值计算,利用不连续伽辽金扩展有限元(DG-XFEM)对裂纹扩展进行了模拟。结果表明:弧形开孔与U肋连接附近为高应力区,该高应力与几何不连续、焊接缺陷引起的应力集中及残余应力等不利因素叠加,使得弧形开孔与U肋连接附近成为疲劳最敏感的部位,即疲劳裂纹产生地;裂纹扩展的初始阶段与主应力等值线垂直,沿最大主应力方向扩展;裂纹出现的位置、扩展路径和长度与试验结果符合很好,与实际桥梁裂纹出现的位置和形态基本一致,也与裂纹扩展的基本理论一致。     

渐开线齿轮轮齿滑动率分析

渐开线是由发生线沿着基圆纯滚动而形成的,渐开线齿轮在啮合过程中,轮齿间存在相对滑动,滑动速度在节线附近最小,并沿着节线分别向齿根和齿顶方向逐渐变大.轮齿间的相对滑动速度有利于油膜的形成,可以防止出现点蚀等失效现象,进而影响到轮齿的接触疲劳强度,但相对滑动又带来了摩擦磨损,是齿轮失效的主要形式之一.针对轮齿之间的相对滑动,分析标准直齿圆柱齿轮轮齿间的滑动速度,并得到数值计算公式,同时根据滑动速度的方向解释了轮齿啮合中摩擦力的方向,并用Matlab进行了仿真,为齿轮设计提供一定的参考.     

高速列车车轮踏面滚压强化有限元分析

为提高镟修后高速列车车轮踏面强度和使用寿命，进行了车轮踏面滚压强化过程的数值模拟，并对滚压强化的工艺参数进行了优化. 以CRH3高速列车车轮为研究对象，建立了滚压轮-车轮-钢轨三维滚动接触有限元模型；通过计算不同滚压轮尺寸、滚压力及滚压道次对车轮踏面残余应力和等效塑性应变场分布的影响来分析滚压强化机理；采用Borrow-Miller准则修正的Manson-Coffin公式计算了滚压后轮轨接触时车轮踏面的疲劳裂纹萌生寿命，进而对车轮踏面滚压强化工艺参数进行优化. 研究结果表明:随着滚压力的增加，车轮踏面的疲劳裂纹萌生寿命先增后减，且随着滚压道次的增加而下降，即滚压道次的增加反而会降低车轮踏面的疲劳裂纹萌生寿命；滚压道次的增加对残余应力的影响不大，滚压轮圆弧半径的增加会导致疲劳裂纹萌生寿命小幅度增大；综合考虑，以滚压道次为3次、滚压力为1 kN、滚压轮圆弧半径为6 mm时的滚压效果最佳，此时车轮踏面的疲劳裂纹萌生寿命可提升约58%.      

高速动车组弧齿锥齿轮齿面疲劳点蚀失效分析

为解决高速动车组弧齿锥齿轮齿面疲劳点蚀故障,统计了点蚀故障发生的位置,并对点蚀断口进行了宏观、微观分析.在此基础上,基于动车组实际运行工况编制齿轮载荷谱,按ISO 10300-2-2001标准分析了齿面接触应力,利用试验台进行多工况加载试验,获得了接触面积的变化规律和趋势;确定了等效载荷扭矩下,接触区域当量圆柱齿轮与齿宽中点法线当量圆柱齿轮的赫兹接触线长度和分度圆直径,并分析了齿面接触应力与接触面积间变化规律.研究结果表明:在变载荷运行工况下,从动齿轮锥齿小端凹面为常接触区域;在等效扭矩载荷下,实际接触区域偏离齿宽中心线,当量接触线长度和分度圆直径小于理论计算值时,实际接触应力（972.23 MPa）大于理论接触应力（777.26 MPa）,将等效扭矩载荷下齿轮凹面接触区域调整到齿宽的中部是解决齿轮点蚀故障的有效措施.      

针摆传动中弓背齿廓的受力分析

针对针摆传动中的高精度要求,给出了求最佳修形量的优化方法,在对齿廓修形产生的几何相对转角进行计算的基础上提出了弓背齿廓,进行了理论分析研究,并通过动态受力分析方法得到齿面接触力和接触应力.采用弓背齿廓修形方式计算结果表明,最佳弓背齿廓修形可以获得较小几何相对转角,有效减小回转误差,实现高精度传动,以适用于有高精度要求的针摆传动中.     

渐开线直齿轮动态接触仿真分析

提出了利用ANSYS软件分析齿轮动态接触有限元仿真的实现方法,介绍了求解参数的确定以及算法的选择,计算了齿轮副在啮合过程中齿面接触应力的变化情况和分布规律。     

大型船用斜齿轮参数化建模及其接触有限元分析

阐述了利用ANSYS参数化设计语言进行大型船用斜齿轮参数化建模及映射分网的方法和具体的实现过程.通过循环加载预定义的主从齿轮转角表数组的方法进行啮合周期内斜齿轮的接触非线性求解计算,表明在大型船用斜齿轮啮合过程中,最大接触应力和齿根最大弯曲应力同时存在突变,但前者没有后者突变明显.啮入时,接触应力和弯曲应力最大;啮合过程中,各数值的变化相对稳定.     

活齿传动啮合几何的研究

本文以 JH 型活齿减速器为例,从动态、静态两个方面,讨论了活齿传动中活齿头部与尾部能否同时分别与针齿圆和偏心圆盘接触的啮合几何问题,通过理论推导证明了这种传动的发明者提出的“理论上约有半数齿同时啮合”的结论是不正确的,文中指出了这种传动的本质缺点,并对其发展前景进行了分析.     

基于多重网格技术的船用齿轮弹流润滑特性研究

以船舶齿轮为对象,研究了其接触与润滑特性问题.应用MATLAB软件采用数值计算方法计算与分析了一个啮合周期中啮合线上的综合曲率半径、载荷与Hertz接触应力的变化情况.采用多重网格算法计算了啮入点、节点与啮出点的稳态线接触弹流动力润滑参数,得出了压力与膜厚的分布情况及变化趋势.研究结果表明：在整个啮合过程中,齿副由双齿啮合区突变到单齿啮合区时瞬间接触压力最大,齿副在啮入区开始与啮出区结束处的油膜压力相对较小;齿轮啮合线上,在齿副啮出口处润滑油膜都存在明显的第二压力峰值.     

风力发电用齿轮箱齿根应力测试系统的开发

针对风电齿轮箱研制中检验修形效果的难点,提出了齿根应力测试技术,可同时测出齿根处,齿向载荷分布系数和载荷不均匀系数.论述了风机齿轮箱应力测试系统的原理及其主要组成部分,给出了典型的应力分布和均载测试结果;重点分析了测试系统中关键的程控放大模块和I2C总线通信.运行实践表明,该应力测试系统能够对齿轮箱的啮合状态进行定量分析,测试结果对齿轮修形及结构设计等有重要的参考价值.     

摆动活齿传动弹流润滑下的摩擦功耗

为了准确获得弹流润滑下摆动活齿传动的摩擦功率损失,根据摆动活齿传动的啮合原理,探讨了弹流润滑状态下,活齿与内齿圈之间滑动摩擦因数的计算方法,分析了传动过程中滑动摩擦因数的时变规律.在对活齿与内齿圈间的接触正压力和相对速度进行计算的基础上,建立了弹流润滑下,摆动活齿传动在一个啮合周期内不同啮合点处的瞬时滑动摩擦功率损失的计算模型.应用最小二乘法拟合了啮合周期内的瞬时滑动摩擦功率损失函数,通过对其进行积分运算导出了平均滑动摩擦功率损失的计算公式.实例计算表明:本文提出的摆动活齿传动啮合过程摩擦功耗的计算模型是可行的,当活齿与内齿圈在齿廓曲线拐点处啮合时,瞬时滑动摩擦功率损失最大,其值为118.4 W.      

基于ADINA分动器输出轴齿轮的固—液耦合分析

以智能四驱车辆分动器的输出轴齿轮及对其润滑的流体润滑油为对象,基于ADINA软件建立三维齿轮结构和流体模型,并对齿轮在转动过程中润滑油流体的耦合进行了分析。以FSI计算结果为基础,应用分离法,分析了齿轮在转动过程中润滑油流体的流动趋势及位移、速度变化趋势。结果表明:齿轮在转动过程中流体会形成一定的湍流,且齿附近的位移及速度有一定的变化。