考虑界面微观滑移的连接非线性系统多尺度分析

振动环境下,连接界面上存在着复杂的多尺度粘滑摩擦行为,进而造成含连接系统复杂的非线性振动现象。本文针对机械结构中的搭接连接系统,采用改进的Iwan迟滞非线性模型建模连接界面的多尺度粘滑行为,建立了连接系统的非线性运动方程,利用多尺度摄动分析方法研究了系统在初始条件下的自由振动,获得了系统响应的近似解析解并与直接数值积分解进行了对比;研究了粘性阻尼系数、刚度比等参数对系统动力学响应的影响。结果表明,Iwan迟滞非线性模型能够复现界面多尺度的微观粘滑行为;多尺度近似解析解和数值解吻合很好;连接系统的自由振动过程中,系统相轨迹以螺线收敛,但平衡位置可能发生偏移;界面切向刚度表现出随振幅增大而减小的软化非线性特点,系统瞬时固有频率随振幅减小而增大;振动过程中连接界面单位周期的能量耗散随振动幅值的减小而减小。研究结果为进一步探索含连接复杂装配结构的非线性动力学行为提供了基础。     

带预紧力受剪螺栓连接刚度分析

为了很好的模拟带预紧力受剪螺栓的复杂应力状况,本文应用ANSYS非线性接触算法对螺栓连接进行了仿真,利用降温法模拟了螺栓的预紧力,给出了螺栓连接刚度计算公式,通过一系列不同厚度构件的螺栓连接刚度计算,得到了构件厚度与螺栓连接刚度间的关系曲线;为复杂结构中螺栓连接的简化计算提供了可靠参考依据.     

粗糙聚氨酯表面微接触状态下粘着力的模拟

以JKR接触理论和GW粗糙表面模型为基础,将聚氨酯表面与光滑蓝宝石球的接触作为点接触,与玻片的接触看做是多个凸峰与光滑平面的接触,建立接触力学模型分析粘着力与法向力间的关系。结果显示:聚氨酯与蓝宝石球接触时,粘着力不随法向力变化;聚氨酯与载玻片接触时,粘着力随法向力成对数变化,即在法向力很小时,粗糙峰起关键作用,接触点数和接触总面积随法向力增加而增加,粘着力迅速增大,当法向力继续增大达到一定值时,实际接触点数和接触总面积随法向力增加缓慢,表面间趋于饱和接触,故粘着力亦变化缓慢。模拟结果与试验结果接近,说明模拟方法可行、结果可靠。     

一种用于动物黏附运动机制研究的多参数同步测量传感器

在长期生存竞争中,包括壁虎在内的许多动物演化出了与其运动表面间形成黏附力的器官.已有研究发现:生物黏附力与接触面积密切相关,基于范德华力的干黏附可能受包括摩擦接触电荷导致的电场在内的外电场调控.壁虎运动过程接触/摩擦电的存在已得到证实,反力、实际接触面积两个参数的单独测量和表征工作也取得一定成果,但由于不同参数测试技术...     

温度对接触热阻的影响

介绍了一种采用实验的方法研究温度对接触热阻的影响及所得到的结果。当多晶体固体表面相互接触时，随着接触面温度升高，接触热阻呈下降规律。产生这一现象的机理是由于当接触面温度变化时。接触表面的微观形状发生了变化。从而导致了接触热阻的变化。当多晶体固体表面相互接触时，对应同一宏观接触状况其微观接触状况却不尽相同。通过实验获得了接触热阻的变化范围和接触热阻随温度变化的数据带。实验中观察到温度使固体表面产生的变形有些能够恢复，有些则不能．本文提出了能否建立温度与变形、时间三者关系的假设，当固体接触表面温度较高时，还提出了一种研究接触热阻的方法。     

相变材料热控系统内部接触热阻的辨识方法研究

在相变材料热控系统的吸热融化过程中,由于材料与容器壁面之间的空穴效应形成的接触热阻,将对熔化传热形成阻尼效应.采用反演热传导反问题的方法,将参数辨识中的灵敏度法和共轭梯度法应用到实验,建立了一种可用于材料熔化过程界面稳态和瞬态接触热阻的辨识方法.模拟辨识与初步应用表明:辨识方法计算精度高、稳定性好,为精细化分析相变材料热控系统中的熔化吸热过程奠定基础.     

航空发动机角接触球轴承刚度的一种实用分析方法

在传统拟静力学分析方法的基础上，对航空发动机角接触球轴承刚度进行了研究。轴承可以在五个自由度方向上受载并产生位移。结合航空发动机转速较高的特点，分析模型考虑了钢球离心力、陀螺力矩以及弹性流体动压润滑和热效应的影响。同时，分析模型忽略轴承内部摩擦，假定钢球材料在线弹性范围内，轴承套圈作为刚体处理。通过拟静力学分析方法，可以建立航空发动机角接触球轴承的刚度分析模型。通过对轴承平衡进行迭代求解可以计算出     

剪切气流驱动液滴运动的受力分析

实验研究了剪切流驱动的液滴在固体表面上起始运动的受力机理.工作中使用一系列液体和固体表面来获得不同的液滴接触角,并在小型风洞中进行实验.实验中对液滴的启动气流速度进行了测量,并综合各种起始时刻的参数信息,建立了一个关于液滴接触线表面张力和剪切气流拖拽力平衡的数学模型,揭示了液滴脱落时刻的受力情况.所建立的模型更适合液滴1变形情况,但对于其它类似情况的剪切气流驱动液滴运动也能够进行合理的描述.     

基于断裂力学方法的微动疲劳寿命估算

提出了基于断裂力学基础上的微动疲劳裂纹扩展寿命估算方法,该方法的关键是计算微动接触界面上的分布力.运用ANSYS有限元分析软件建立了赫兹接触问题的计算模型,计算了接触界面上的分布力,将计算结果与解析结果进行比较,二者相当吻合,验证了ANSYS软件计算接触分布力的可靠性.对给出的算例,计算了接触界面上的分布力,进而估算了微动疲劳裂纹扩展寿命,估算结果与实验结果吻合性很好.     

双曲线圆截面建筑结构雷诺数效应模拟实践

在流线型结构气动性能风洞试验研究中,结构表面绕流特征雷诺数效应的准确模拟对于确定风荷载、评价其气动性能的影响是决定性的.通过改变模型表面粗糙度可以实现原型结构超高雷诺数条件(Re≥10~7)绕流效应模拟,但模拟手段及效果受人为经验因素影响较大,难于总结表面粗糙度与绕流形态变化关系,给实际模拟操作造成不便.设计两组双曲线圆截面结构模型风洞试验,通过在模型表面粘贴不同厚度粗糙纸带的办法,尝试并实现了模型超高雷诺数条件绕流特征模拟,分析了粗糙度及试验风速对模型表面绕流压力分布、截面阻力系数等参数的影响,初步总结了相对粗糙度随模型尺度的变化规律,为更好展开圆截面建筑结构气动性能研究提供了借鉴.     

面齿轮传动的承载接触分析

为了促进高性能面齿轮传动技术的发展.对点接触面齿轮传动进行承栽接触分析.建立了点接触面齿轮传动的坐标系,推导了传动中接触点方程,实现了传动中面齿轮上接触点位置的仿真.利用曲面上任意点处主曲率的计算方法,得到了传动中圆柱齿轮和面齿轮上接触点处主曲率的变化规律.根据布希涅斯克问题的求解方法,给出了传动中面齿轮上接触区域的椭圆长、短半径、中心最大变形量、最大压应力以及载荷分布的方程,分析了接触中心最大压应力的变化规律,实现了接触斑点的可视化仿真.     

接触问题数值分析方法的研究现状与发展

接触问题涉及到应力集中、边界非线性、甚至材料或几何非线性，问题很复杂但又十分重要。随着电子计算机的发展，有限元与边界元理论与数值方法也取得了很大进展。目前，这两种方法已成为工程接触问题十分有效的研究和数值分析手段。本文综述了接触问题中的有限元法与边界元法及其工程应用方面所取得的进展，着重围绕小变形弹性接触、小变形弹塑性接触以及大变形接触等方面的内容。此外，文中还对今后研究的发展方向作了展望。二十多年来，在小变形弹性接触问题中的有限元法和边界元法发展的比较成熟，并在工程中获得广泛应用；小变形弹塑性接触问题中的有限元法发展的也比较成熟。然而，它们在如下方面还必须开展进一步的研究，例如，不同材料非线性模式的接触、不同蠕变模式的接触、大变形弹塑性接触、基于实验力学的反迭代分析、以及复杂的工程构件的接触分析等。     

接触热阻的试验研究

本文介绍了一种基于一维稳定导热原理用试验方法研究接触热阻的简单装置,以及使用这一装置采集的部分试验数据、数据处理方法和试验结果,对热损失也做了较为详细的分析。特别应当指出,当接触表面所受的挤压应力高达10~6Pa至10~7Pa以上时,挤压应力明显成为影响接触热阻的主要因素。试验中发现了某些现象,本文对此做了定性的分析。     

纤维增强韧性基体复合材料界面损伤分析

用基于内聚力的界面模型分析了纤维增强韧性基体复合材料的界面损伤,研究了连续纤维增强复合材料受横向荷载时,诸如纤维排布方式、纤维体积占有率以及纤维和机体模量比等细观参数对界面损伤和材料拉伸强度的影响.研究发现,当纤维体积占有率和纤维模量提高,以及纤维按四方排布时,虽然能增加复合材料刚度,但纤维与基体的界面更容易损伤.当界面脱粘现象存在时,复合材料的拉伸强度主要由界面强度决定.     

螺栓-法兰连接结构非线性优化设计方法研究综述

螺栓-法兰连接是应用于航空航天、核能等领域的管道主要连接形式.工程上迫切希望获得此类结构的最优化设计,以实现系统性能最佳化.针对这种连接结构的优化设计实际包含接触问题和优化问题两部分的内容,是非线性因素的耦合以及优化设计层层迭代的过程.综述了小变形弹性接触问题中的有限元法及其在工程中的应用,针对螺栓-法兰中优化设计中关心的花瓣的优化,同时还简述了拓扑优化设计方面的研究进展.最后对今后的研究方向和研究的重点作了展望.     

大迎角试验数据精度及影响因素分析

着重分析了粗糙带、偏航角β、模型抖动以及滤波频率、采样时间和样本长度等因素对于大迎角试验数据精度的影响.结果认为:常规试验采用的滤波频率会导致关键气动信息的丢失,滤波频率的选取尤为重要;弯刀系统的横向刚度是影响大迎角数据精度的一个重要因素,试验中如何降低其横向刚度的影响是一难点.     

基于液滴定向反弹的混合润湿性表面设计准则（英文）

液滴撞击固体表面的定向反弹在防结冰/起雾、自清洁等工程应用中具有重要意义。混合润湿性表面已被证明是一种有效的液滴操纵方法。本文对液滴撞击构筑有亲水条纹的疏水基底进行数值模拟研究，采用已验证的扩散界面法来捕获界面演化。首先，研究卫星液滴在撞击过程中的形成过程，通过分析液滴的垂直速度和横向速度，明确混合润湿性表面在液滴扩散、收缩和反弹阶段中的作用。然后，系统探究条纹宽度对液滴反弹形式和接触时间的影响，重点关注液膜演化和液滴弹跳过程中的动力学和能量传递机制。所得结果可以指导混合润湿性表面的优化设计和液滴定向回弹的控制。     

热循环对金带微电阻点焊接头连接界面及抗拉力的影响

针对金带/陶瓷基板镀金层组合互连结构,制备单面微电阻点焊焊点,在模拟空间环境温度交替变化的条件下,即-65℃～150℃,温度转换时间1分钟,高低温保温时间各15分钟,进行500次的热循环试验。借助聚焦离子/电子双束电镜和拉力测试机,研究焊点的微观界面、断裂模式及抗拉力,分析有无热循环焊点连接界面变化机理及焊点的可靠性。结果表明,热循环过程中,焊点连接界面上未紧密接触的孔洞,在畸变能差驱动的界面扩散作用下,从孔颈处开始接触并发生原子结合,尺度减小。未经热循环焊点和经历了热循环试验的焊点,断裂模式均为金带颈部断裂,平均拉力值变化不超过10g,其差异主要由热循环试验热应力对金带的损伤程度不同引起。在模拟空间环境热循环试验条件下,金带/陶瓷基板镀金层组合互连结构单面微电阻点焊焊点具备高可靠度。     

捆绑结构的动力特性计算和分析

用简便的方法导出了改进的自由界面部件模态综合法的计算公式。当捆绑结构的连接刚度决定后,导出的动力特性方程式,很容易用分析和实验结合方法对捆绑结构进行动力特性的研究。算例给出了连接刚度变化对捆绑结构固有频率的影响.     

MEMS阳极键合界面层的力学行为研究进展

回顾了微纳机电系统(Micro/Nano electro mechanical system, MEMS/NEMS)器件工业中所用键合技术的发展和应用,总结了作为其中关键键合技术之一的阳极键合在微纳系统中的重要作用及其主要特点,分析了阳极键合的机理以及所涉及的力学问题,如键合力（静电力、表面力等）作用下的表面粘着;电场作用下接触界面处粒子的扩散、反应;键合界面层中的残余应力等。阳极键合界面层的力学行为及特性直接关系到MEMS器件中微机械结构的安全与可靠性。对这些问题的研究,有助于更好地理解阳极键合,为MEMS/NEMS器件的设计、制造加工以及实际应用提供许多有益参考。