搅拌头几何对AZ91镁合金搅拌摩擦焊温度场及材料变形的影响

为探究搅拌头几何对搅拌摩擦焊接的影响,基于DEFORM-3D软件,应用全热力耦合有限元分析技术对AZ91镁合金板材搅拌摩擦焊接过程进行了仿真研究,并深入探讨了轴肩凹角和搅拌针锥角的独立变化对焊接过程温度场及材料变形的影响.结果表明,轴肩凹角和搅拌针锥角的变化对焊接过程的温度和材料变形有显著影响.随轴肩凹角增大,焊接温度和塑性应变呈非线性升高,且其变化敏度逐渐减小.凹角由0°增至3°,温度由503升至551℃,应变由107增至134 mm/mm;凹角由3°增至4.5°,温度由551升至556℃,应变由134增至138mm/mm.随搅拌针锥角增大,焊接温度和塑性应变均在达到最大值后下降.锥角2.5°时温度值最大,为508℃;2.5°～12.5°,温度由508降至495℃.锥角为5°时塑性应变值最大,为121 mm/mm,5°～12.5°应变由121降至115 mm/mm.综上建议,轴肩凹角和搅拌针锥角不宜过大或过小,分别取3°和5°时,焊接过程中温度和材料变形较佳.     

搅拌头几何参数及倾角对搅拌摩擦焊接质量影响的数值分析

基于ABAQUS有限元软件,建立铝合金搅拌摩擦焊接过程的完全热力耦合模型,分析了搅拌头形状尺寸以及焊接倾角对焊接质量的影响.结果表明,与无焊接倾角和轴肩凹角的搅拌头相比,采用2°焊接倾角和80.5°轴肩凹角的搅拌头焊接时,热塑性材料流动性更好,焊缝成型质量更好;圆锥形搅拌针焊接质量要好于圆柱形搅拌针;焊接缺陷的产生主要是由于在焊接过程中热输入不足,前进侧达到热塑性流动的材料不足造成.     

基于CarSim仿真软件的匝道路面摩擦系数研究

为了研究匝道路面的摩擦系数,基于车辆动力学理论,采用CarSim仿真软件,建立了匝道上的车-路模型;设计了不同速度下正常行驶及制动2种典型行驶工况,选取了评价车辆行驶状态的3个安全性指标——制动距离d、侧向偏移距离l、峰值附着系数μ_max,及3个舒适性指标——侧向加速度a_y、横摆角速度ω及制动减速度(即纵向加速度)a_x,确定了各指标阈值;根据仿真模拟试验获得的车辆行驶数据进行安全性和舒适性分析,得到了峰值附着系数μ_max与车速V、坡度i的关系曲线;采用线性和非线性回归分析法对匝道路面摩擦系数μ₀进行拟合计算,得到了基于V-i二元因素的匝道路面摩擦系数拟合公式。结果表明：匝道路面摩擦系数随着车速的增大而增加且增幅不断加大,随着匝道坡度的增大而减小但变化幅度较为稳定;拟合公式可以较为准确地预测匝道路面摩擦系数。     

基于外推法的湿式制动器摩擦界面温度预测

针对湿式制动器摩擦界面温度难以直接测量的特点,提出了通过测量对偶钢盘内部温度场、运用传热学理论及外推法、结合制动过程的初始条件及边界条件,来反推得到摩擦界面的预测温度的研究方法;利用ABAQUS软件仿真得到对偶钢盘的温度场,截取摩擦界面内的一个节点以及相对应的摩擦盘内部中间节点的时间-温度曲线,应用MATLAB软件反推出预测界面的时间-温度曲线。仿真结果表明:研究方法预测的时间-温度曲线与实测时间-温度曲线在变化趋势上表现了良好的一致性。     

基于下压位移模型的搅拌摩擦焊残余状态仿真

基于ABAQUS软件建立AL6061-T6铝合金搅拌摩擦焊接过程的顺序热力耦合模型,发展了一个下压位移模型以实现搅拌头的下压量控制方式,对焊后构件的残余应力和残余变形进行了仿真分析.结果显示:所发展模型能够合理地反映焊缝区焊后形貌,再现残余应力及变形分布的基本规律;随着下压量的增加,残余应力增大而残余变形减小.     

拧紧速度对螺栓转矩系数的影响分析

为了研究拧紧速度对螺栓拧紧特性的影响,利用多功能螺栓紧固分析系统对紧固件进行转矩——夹紧力试验,通过试验分析得出摩擦系数随着拧紧速度的增大而减小并逐渐趋于稳定;同时摩擦系数是影响转矩系数的主要因素,转矩系数是摩擦系数的增函数,在一定范围内,转矩系数与摩擦系数呈同增减趋势;紧固件的拧紧过程,摩擦会产生高温,温度变化是使摩擦系数发生变化的重要因素.     

6005A-T6铝合金双轴肩搅拌摩擦焊接头的断裂行为

采用光学显微镜(OM)和扫描电子显微镜(SEM)对正常断裂和异常断裂的"之"形线进行研究,探讨了两类断裂中"之"形线的来源以及形成机理.双轴肩搅拌摩擦焊(BTFSW)正常断裂时"之"形线不是力学性能的薄弱区,抗拉强度可以达到母材的80％以上,"之"形线来源于原始对界面上的氧化膜;而异常断裂时"之"形线是力学性能的薄弱区,为未连接缺陷,强度仅为母材30％左右,由于焊接过程中搅拌头前方的待焊材料存在较大的横向拉伸应力,造成实际间隙超标,导致异常断裂.     

三维弹塑性轮轨滑动接触热机耦合分析

为提高轮轨滑动接触热响应分析的准确性,基于Johnson-Cook材料模型,充分考虑含摩擦因数在内多种材料属性的温度相关性、3种热传递方式和轮轨实际廓形,建立了全比例三维弹塑性轮轨滑动接触有限元模型,采用完全耦合法对滑动接触状态下的轮轨进行热机耦合分析;研究了车轮以1 m·s-1速度沿钢轨滑行0.1 s时的轮轨温度场和应力场分布特性,分析了轴重、相对滑动速度对轮轨接触区温度场的影响,得到了热影响层深度、热影响层宽度、轮轨表层温度随轴重、相对滑动速度的变化关系。分析结果表明:轮轨最大等效应力发生在次表层接触斑中心处,车轮表层最高温度发生在接触斑后半部分中心处,车轮表层最高温度为848 ℃,钢轨表层最高温度为768 ℃,钢轨表层最高温度低于车轮表层最高温度;轮轨热影响层很薄,车轮热影响层深度约为4.22 mm,钢轨热影响层深度约为3 mm;轮轨热影响层深度随轴重增大无明显变化,而宽度随轴重的增大而增大,轮轨热影响层深度随相对滑动速度的增大而减小,而宽度随相对滑动速度增大无明显变化,轮轨表层温度随轴重和相对滑动速度的增大而增大,且相对滑动速度对轮轨热响应影响更大。全比例三维弹塑性轮轨滑动接触有限元模型及热机完全耦合法能够更加准确地预测轮轨滑动接触热响应,对合理开展轮轨热损伤和热疲劳研究具有重要意义。      

线膨胀系数对轮盘紧固螺栓力学性能的影响

基于热-机耦合有限元法,针对轮装制动盘结构,建立全六面体精细有限元模型,并对螺栓施加预紧力,通过对制动盘摩擦环施加热流密度的方式模拟制动时的传热过程,分析了螺栓材料线膨胀系数对螺栓温度场、应力场以及轴向力的影响,计算结果表明:线膨胀系数增大可以适当减少材料的应力幅值和轴向力变化幅值,但制动结束后会导致螺栓预紧力下降,应...     

一维线阵离轴高斯光束的远场发散角和方向性

根据广义惠更斯-菲涅尔原理,采用积分变换,推导出一维线阵离轴高斯光束通过自由空间传输的远场发散角解析式,以研究其远场发散角的特性和方向性.研究表明:一维线阵离轴高斯光束的远场发散角随子光束数目增加和子光束相对间距减小而减小;当子光束数目和相对间距增大到一定值后,远场发散角变化缓慢;在一定条件下,一维线阵离轴高斯光束与单束高斯光束具有相同的方向性.     

兆瓦级风电制动器热-结构耦合仿真研究

针对大兆瓦风电制动器制动过程,考虑制动摩擦副作用区域宽度及其影响下的线速度径向差异,提出速度梯度循环法,对制动过程摩擦副进行热-结构耦合分析.基于ANSYS软件建立制动器摩擦副三维瞬态传热有限元模型,运用速度梯度循环法推导出热流密度的加载式,用以计算制动过程中产生的摩擦热流,对制动区域温度场进行数值模拟.从分析结果表明制动闸片摩擦区域温度分布在制动盘径向呈现弧度明显的等温分布,温度梯度随半径增大而增大.以速度梯度循环法将热分析结果代入结构场对闸片摩擦区域受力及变形进行耦合分析并预估其磨损状况.通过与传统均匀加载方法对比发现使用速度梯度循环法的分析结果与实际更为接近.所提出的分析方法为模拟大尺寸盘式制动器的摩擦制动过程提供参考.     

架空线路耐张线夹三维温度场仿真分析及验证

为研究不同条件下架空线路耐张线夹温度分布情况,构建了基于耐张线夹简化结构的有限元模型,并在600 A工频交流电流和不同接触电阻比的条件下,进行了耐张线夹电磁-热耦合有限元仿真,最终得到耐张线夹的三维温度场分布. 仿真结果显示:在正常情况下,耐张线夹引流板处的温度最低;在线夹不同部位接触电阻增大的情况下,引流板处接触电阻的增大对线夹整体温度升高的影响最大,而线夹本体压接处接触电阻的增大对线夹温升影响最小,同时线夹温度升高也会制约架空线路导线载流量. 最后通过线夹电阻测量试验和温升试验验证仿真的准确性,误差约为2.3%.      

各向异性地基中盾构隧道开挖面稳定性分析

将盾构开挖面卸荷引起的主应力轴旋转考虑到"楔形体-棱柱体"极限平衡模型中,基于Casagrande各向异性强度公式,推导得到各向异性地基中盾构开挖面极限支护压力的极限平衡解,最后结合算例分析了各计算参数对极限支护压力的影响。算例分析表明:盾构开挖面极限支护压力随各向异性比的增大而线性减小,在各向异性比小于1时,若不考虑土体强度的各向异性会偏于不安全;在各向异性比大于1时,盾构开挖面极限支护压力随埋深比的增大而先减小后稳定,在各向异性比小于1时,规律则相反,且土体强度各向异性越明显,其变化的幅度越大;盾构开挖面极限支护压力随土体黏聚力的增大而线性减小,随土体内摩擦角的增大而非线性减小。     

考虑温度影响的斜拉索参数振动模型及响应分析

研究超长斜拉索在非均匀温度场和桥面激励联合作用下的振动问题。考虑斜拉索几何非线性和大气梯度温度场的影响,将温度场力作为斜拉索振动的边界条件,提出了梯度温度场和桥面激励联合作用下的斜拉索参数振动模型。基于伽辽金模态截断理论,推导了斜拉索面内主参数振动方程,利用多尺度法获得了温度和桥面联合激励作用下的斜拉索幅频响应方程,并编制程序进行数值计算,分析了梯度温度场、调谐值、桥面激励幅值和阻尼对其参数振动的影响规律。结果表明:梯度温度场中的斜拉索振动亦具有明显的硬弹簧特性,随着调谐值的增大,幅频响应曲线逐渐弯曲成直角,引起多值响应。温度场中拉索振动有明显的"拍"特征,随着温度升高,斜拉索参数共振区域逐渐增大,温度和桥面联合激励下的拉索振幅比单一桥面激励振幅要小;随着桥面激励幅值的增大,拉索共振区和振动幅值均明显增大,但共振区和振幅随阻尼增大而减小。     

动车组网压互感器故障机理与优化设计

针对动车组网压互感器在运行过程中频繁发生故障的问题展开研究，得出了自然环境下绝缘老化以及过电压、过电流对绝缘的影响是造成网压互感器故障的主要原因，并通过基于有限元法的仿真证明了理论分析的正确性。最后通过添加静电屏、增加C段绕组首端绝缘距离的方案对绝缘进行优化设计，通过增大高压绕组线径、增大铁心截面积及绕组匝数对过负荷能力进行优化设计，通过增加侧表面换热系数对散热进行优化设计，实现了增大绝缘强度、提高过负荷能力、减小温升的功能，并进行了有限元仿真分析。仿真结果表明，优化后的网压互感器最大场强由2.79 kV/mm减小至2.24 kV/mm，增大了端部绝缘裕度；在90 kV工频耐压下饱和度能控制在110%内，励磁电流能在极限容量允许范围内，有效提升过负荷能力；热点温度由原来的115.7℃减小至108.8℃，散热能力有所提升。仿真结果证实了优化设计的合理性，可为工程应用提供参考。     

基于台架仿真模型的高速列车齿轮箱轴承动载荷获取方法

为获取高速列车齿轮箱轴承在服役振动环境下的动载荷，由动力学软件SIMPACK建立了某型高速列车齿轮箱台架仿真模型；基于谱修正的多点相干随机振动控制算法，通过虚拟激振器施加纵向、横向、垂向的轴箱实测加速度功率谱，再现了齿轮箱受到的多点相干线路激励；通过台架仿真模型获取了齿轮箱输入轴电机侧圆柱滚子轴承在服役振动环境下的轴承径向载荷、轴承中心轨迹和滚子与外圈滚道接触载荷。研究结果表明:通过谱修正控制算法，在优化速度指数为0.3，进行10次迭代后，轴箱的仿真与实测加速度功率谱相对误差趋于稳定，最大相对误差小于10%；不同的电机输入扭矩下，有无线路激励齿轮箱轴承动载荷表明，电机输入扭矩决定了齿轮箱轴承动载荷均值，而线路激励是齿轮箱轴承动载荷波动的主要原因；频谱分析显示，线路激励增大了轴承径向载荷在中低频带与齿轮啮合频率处的能量；同时线路激励增大了滚子与外圈滚道接触载荷，但是接触载荷的接触区和均值无明显变化；当无线路激励时，轴承中心轨迹沿齿轮的压力角振动，与垂直轴夹角为26°；线路激励使轴承中心轨迹波动范围更大、更随机，在方向上没有明显特征。可见，电机输入扭矩和线路激励是高速列车齿轮箱轴承动载荷的主要来源，台架仿真模型可为高速列车齿轮箱轴承动响应评估和载荷谱建立提供有价值的参考。      

甘肃半刚性沥青路面结构的温度场及温度应力三维有限元分析

基于甘肃地区半刚性基层沥青路面横向裂缝严重的现状,对该地区半刚性基层沥青路面温度场以及温度应力进行分析;借助ANSYS有限元软件,对甘肃地区常见的半刚性基层沥青路面结构建立三维有限元模型,并施加气温和太阳辐射等热荷载,求解得出甘肃半刚性基层沥青路面温度场以及温度应力的变化规律,为甘肃地区半刚性基层沥青路面结构的设计提供一些参考意见。结果表明:沥青面层厚度的变化对沥青路面温度场和温度应力的影响较大;沥青层顶和层底的温度差随着面层厚度增加逐渐增大,而沥青层温度分布梯度随着面层厚度的增加逐渐减小;沥青面层越厚,沥青层上半部分温度应力扩散得越快,沥青层下半部分温度应力扩散得越慢。     

基于临界距离理论砂浆梁断裂性能的研究

采用一种只基于线弹性理论基础的新型断裂准则——临界距离理论,对3种强度、槽口深度、槽根部半径共27种组合下的U型槽口梁试件进行三点弯曲实验。通过公式计算和有限元模拟得出及校核临界距离理论参数,并据此推导出一种预测槽口梁试件最大荷载的新公式。分析发现,对于不同槽口特征下试件的最大荷载,新公式具有良好的预测精度,且临界距离理论参数L值随砂浆强度的增长而增大。     

3E轴构架转向架的通用动力学要求

为了更好地实现铁路货运的重载快捷发展目标,以双层集装箱车辆作为应用研究对象,利用刚柔耦合仿真分析手段进行了3E轴构架转向架100~135 km/h动力学性能分析.6轴双层集装箱车辆刚柔耦合分析表明:空载承载鞍滑动现象和重载中轴轮对稳定性将是其高速运营的主要性能问题.因而,确保空载轮对定位刚度、确保重载中轴轮对轮轨关系稳定和降低车体结构耦合振动响应水平应作为3轴构架转向架的通用动力学要求.为此,提出了如下三项技术对策:①1、3轴承载鞍应以45°倒面作为承载摩擦面,满足摩擦系数μe≥0.42,而中轴小承载鞍则以磨耗板进行减磨处理μ0.2;②以中轴轮对车轮轮缘减薄9 mm的LM修正踏面优化来提高轮轨匹配的等效锥度控制中轴轮对横移,进而降低转向架蛇行运动程度;③中轴轴箱增设斜楔摩擦减振以降低落下孔车体中部结构振动耦合响应.与原设计对比,该技术对策可以使车辆动态性能得到改善.     

3E轴构架转向架的通用动力学要求

为了更好地实现铁路货运的重载快捷发展目标,以双层集装箱车辆作为应用研究对象,利用刚柔耦合仿真分析手段进行了3E轴构架转向架100~135 km/h动力学性能分析.6轴双层集装箱车辆刚柔耦合分析表明：空载承载鞍滑动现象和重载中轴轮对稳定性将是其高速运营的主要性能问题.因而,确保空载轮对定位刚度、确保重载中轴轮对轮轨关系稳定和降低车体结构耦合振动响应水平应作为3轴构架转向架的通用动力学要求.为此,提出了如下三项技术对策：①1、3轴承载鞍应以45°倒面作为承载摩擦面,满足摩擦系数μe≥0.42,而中轴小承载鞍则以磨耗板进行减磨处理μ〈0.2;②以中轴轮对车轮轮缘减薄9 mm的LM修正踏面优化来提高轮轨匹配的等效锥度控制中轴轮对横移,进而降低转向架蛇行运动程度;③中轴轴箱增设斜楔摩擦减振以降低落下孔车体中部结构振动耦合响应.与原设计对比,该技术对策可以使车辆动态性能得到改善.