轴向柱塞泵球面摩擦副冲铆工艺优化的有限元分析及试验验证

柱塞杆与座零件形成的摩擦副,制造过程极易造成该位置过度变形,导致异常磨损,以及泵性能失效,因此有必要分析轴向柱塞泵球面摩擦副制造工艺过程。本文以制造工艺对摩擦副的应变为研究对象,利用应力应变的有限元仿真,分析压配过程、冲头工装对摩擦副结构的影响,以及变形后摩擦副间隙内的流场力分布情况,得出工艺参数应选择适当的应力值(数值800~~1000N)、选用约60°结构的冲头工装执行冲铆工序的结论。通过有限元分析,为提高泵合格率做理论支撑。     

飞机铝合金结构件数控加工变形分析与控制

以飞机机翼翼肋铝合金结构件这一典型易变形的零件为例,研究数控加工变形情况及其影响因素,主要研究残余应力对加工变形的影响.采用理论建模、有限元分析和实验验证相结合的方法分析和对比数控加工中零件变形情况;分析了工件内残余应力分布,用有限元软件提供的热机耦合功能,以温度场模拟施加铝合金的残余应力分布;分析和模拟了去除材料对工件变形的影响;用经过改进的顺序静态单元生死方法进行切削过程的仿真和改进,并对仿真所得的零件变形量与实际加工测量结果进行了比较,验证了分析方法和所建立模型的有效性;最后提出了控制数控加工变形的解决方案.     

转盘轴承集聚效应分析及其对回转性能的影响

针对航天发射台转盘轴承工作时出现滚动体集聚导致摩擦力矩增大的问题,研究转盘轴承中滚动体之间间隙变化对集聚效应的影响。通过对典型工位处进行有限元分析,对比不同接触类型转盘轴承的滚道变形和滚动体接触作用力的分布规律。在确定滚动体与隔离块的几何关系后,进一步分析了滚道变形和滚动体接触作用力的时变性对滚动体间隙变化的影响,并将间隙变化和集聚效应建立了联系。有限元计算得到的发射台框架变形与实验测量数据一致,验证了有限元计算的可靠性。仿真结果显示,由于下滚道发生轴向变形,滚动体在运动过程中不断交替进行“爬坡”和“下坡”;滚道径向变形导致滚动体之间增大了较多的间隙;各滚动体的驱动摩擦力不断变化,运动状态具有时变性,当转盘轴承中间隙增加时,运动状态不断变化的滚动体导致增加的间隙出现累积,引起滚动体集聚。为消除滚动体集聚效应,探索其对摩擦力矩的影响,进行了对比实验。结果表明:集聚效应导致发射台的摩擦力矩增加,且变化剧烈。      

基于Ansys的飞行员座椅坐垫舒适性仿真

鉴于飞行员对飞机座椅的舒适性要求越来越高,针对人与座椅之间的应力分布这个座椅舒适性评价指标,建立了包括骨盆在内的人-座椅坐垫有限元模型,对坐姿下人与坐垫的应力分布进行了仿真计算.通过比较1g重力环境下仿真和实验坐垫上应力分布,验证模型的有效性,在此基础上开展了不同过载下的仿真计算.分析可知仿真模型在坐应力分布和应力值大小方面与实验数据具有较高的一致性;不同过载下体内以及坐垫上应力最大值与施加的过载加速度直接呈线性关系.结果表明,建立的人-座椅坐垫有限元模型是有效的,可以用于评估不同坐垫或不同过载环境下的舒适性.      

宽温域下三位四通电磁液动换向阀的几何尺寸链与卡滞特性

针对某型飞机服役环境中滑阀出现卡滞和动作延迟等现象，在分析滑阀机理的基础上，发现按常温设计的滑阀副配合间隙在服役环境下会发生较大变化，飞行器极端温度环境、精密偶件加工残余应力等容易造成滑阀卡滞。利用弹性力学和热变形理论，考虑残余应力的影响，推导了滑阀副径向尺寸链的数学表达式。以某型滑阀副为例，计算了-50℃、100℃和150℃下滑阀副的变形量，通径13mm的滑阀，径向尺寸最大变形量为2.9μm。采用有限元方法仿真分析了油液压力引起的阀套变形量，最大变形量为2.19μm。配合间隙最小值应不小于总变形量5.19μm，可近似取为5μm。计算了不同配合间隙时的内泄漏量，泄漏量应满足要求0.035L/min，对应的最大配合间隙为7.7μm，可近似取为8μm。本文所提出的分析方法和尺寸链计算模型，对滑阀设计具有一定的参考意义。     

直齿锥齿轮齿根应力的有限元分析

根据展成法加工的直齿圆锥齿轮的齿面和齿根过渡曲面方程，建立了轮齿弯曲强度计算的精确的有限元模型，用柔度矩阵法确定接触线上的载荷分布，进行计算齿根应力，根据上述方法，编制了相应的微机程序，本程序可一次求解多个啮合位置的载荷分布、轮齿变形和齿根应力，并可计算双齿对工作时各对齿上的载荷、变形和应力，便于对直齿锥齿轮弯曲强度进行全面分析，算例表明，本文结果与其它文献结果吻合良好。     

橡胶O形圈密封结构的有限元分析

建立固体火箭发动机的橡胶O形圈的二维轴对称模型,采用非线性有限元方法计算了O形橡胶圈在库存和工作状态的变形及应力,分析了上下法兰张开间隙、初始压缩量、密封槽口及槽底倒角半径、密封槽宽、密封圈材料、O形圈截面尺寸及工作温度等典型参数对密封性能的影响:上下法兰张开间隙、密封圈的初始压缩率、密封圈材料等典型参数对最大接触压应力影响较大,而密封槽槽口和槽底处倒角对剪切应力影响明显.这些分析为密封结构的优化设计打下了基础;同时探讨O形圈应力分布规律,确定密封圈易受损和失效关键部位,初步确立了固体火箭发动机密封失效准则和失效模式.     

TC4喷丸强化仿真与试验

针对目前喷丸有限元仿真研究中弹丸规则排列、覆盖率无法精确计算的研究现状,基于ABAQUS二次开发建立了弹丸空间位置随机分布、弹丸数量由覆盖率决定的多弹丸喷丸有限元模型,实现了不同工况、不同喷丸覆盖率条件下所需弹丸个数的精确计算;在此基础上研究了不同喷丸参数对TC4钛合金材料表面残余应力与表面粗糙度的影响规律。进行了TC4喷丸试验,将得到的残余应力分布、表面粗糙度与仿真结果进行对比,验证了该有限元模型的合理性。研究成果对喷丸工艺参数的确定具有一定的指导意义。      

弹性环式挤压油膜阻尼器动力设计方法

弹性环式挤压油膜阻尼器(ERSFD)与传统挤压油膜阻尼器(SFD)相比,在动力特性方面具有一定的特色.以燃气涡轮发动机用ERSFD为对象,基于有限元挤压油膜理论对ERSFD的弹性环支承刚度、油膜压力场分布和油膜阻尼等特性进行了研究.根据ERSFD的结构特点,利用有限元法分析其动力特性不仅具有模型简单、计算量小的优点,而且能考虑到各种复杂的边界条件及封严装置.研究结果表明,本计算方法和结果可以作为ERSFD结构优化的依据.与SFD(Squeeze Film Damper)相比,ERSFD具有分段式油膜间隙,可利用弹性环的弹性变形来调整油膜间隙,将油膜间隙控制在一个合适的范围内,从而有效地避免传统SFD在一定工作条件下的非线性振动现象的发生.      

航空整体结构件加工变形有限元数值仿真

加工变形是航空整体结构件数控加工领域普遍存在的问题.选取典型航空整体结构件,基于有限元法研究了毛坯初始残余应力对于加工变形的影响,仿真结果与试验结果一致;对残余应力引起的加工变形特点进行了分析,基于不同加工路径对航空结构件加工变形进行了有限元数值仿真,结果表明,对于单一残余应力引起的加工变形分析,可以忽略加工路径的影响.考虑铣削力与残余应力的耦合作用,建立了残余应力、铣削力的耦合力学模型,给出了具体仿真流程,针对不同加工路径进行有限元仿真,研究了铣削力对于残余应力分布及最终加工变形的影响.     

Design of Optical and Mechanical Structure for Lunar Simulator Based on Variable Shape and Adjustable Radiance

To simulate the different lunar phases and ensure continuous adjustability of the radiant brightness, a new broad spectrum light and frosted glass were applied and designed in the optical system for lunar simulator with the shapes and radiance being able to be adjusted. According to the engineering demand and index requirements of the optical system, three major design aspects are addressed, including the high reliability and maintainability for broad-spectrum light, heat dissipation in lunar simulator for long working hours, and bearing of the main frame under different working conditions. By designing a reasonable machine structure, and through the structure itself with the matrix arrangement of 48 axial flow fans, an effectively cooling air duct is established. Deformation and temperature were calculated by the finite element software ANSYS. The results showed that the displacement deformation reached 0.33mm and stress deformation reached 0.02MPa at the temperature of 20℃; when the main frame was in the temperature field between 20℃ and 65℃, the maximum displacement deformation reached 13.30mm and maximum stress deformation is 97.90MPa, and the amount of this deformation is very small in considering of the mechanical structure dimensions and weight of the lunar simulator.      

基于极限应力分析的十字形双向拉伸试件设计

十字形试件双向拉伸实验是实现复杂加载路径的有效方法,是研究板料后继屈服行为和成形极限可行的实验手段,解决十字形试件中心区的大变形、应力均匀性、应力测量计算方法等是其应用的主要问题.通过试件中心区减薄实现了中心区大变形以致颈缩破裂,给出了3种不同形式的中心区减薄形状,从应力均匀性、最大变形出现位置和避免应力集中等方面进行了优化对比分析,并探讨了计算中心区应力的解析方法.结果表明,中心区方形减薄的十字形试件有更好的中心区应力分布均匀性,更容易实现大变形以致破裂发生在中心区,能较好地控制应力集中,是更适用于板料成形极限应力图研究的实验装备.      

静压气浮直驱转台热特性

以开发满足精密工程应用的静压气浮直驱转台为目标,研究静压气浮直驱转台结构的热稳定性.首先,分析了静压气浮直驱转台的发热-传热特性,建立了三维热特性有限元模型,计算了气浮直驱转台的温度场云图;用间接耦合的分析方法,将温度场作加载条件,进行转台热-结构耦合分析;然后,对比研究了两种直驱电机安置结构对转台热稳定性的影响,提出了静压气浮直驱转台的空气强制对流冷却方案;最后,完成了无框力矩电机后置式静压气浮直驱转台的温度场检测实验.实验结果表明,静压气浮直驱转台测试点的计算与实测温度的最大误差为1.93 ℃,稳态温度场分布计算精度较高;温度分布稳态时,气浮转台止推轴承气膜单侧间隙的变化量为0.55 μm,在空气轴承气膜设计允许的波动范围内,对轴承性能不产生明显的影响.电机后置式直驱静压气浮转台结构的热稳定性好,适合工业应用.     

高压高剪切率下密封环缝隙流体动态润滑特性

为减少高压高剪切率下热效应对密封环缝隙流体润滑性能的影响,以密封环缝隙流体剪切速度梯度、壁面剪切应力和油膜温升表征摩擦副润滑性能,采用RNG k-ε湍流模型,通过Workbench建立流-固-热多场模型,计算得到不同主轴转角下缝隙流动形态变化规律和温升前后油膜厚度变化量、不同L型槽内外径比及长径比下流速流型分布规律、壁面剪切应力、温度分布和热变形量。研究结果表明:密封环L型槽黏性底层随剪切速度增大而增厚,油膜厚度随运动周期增加而变薄;当L型槽内外径比小于1.07时,随比值减小密封环壁面剪切应力不断增大,最大变化率为7%;密封环L型槽长径比在0.19时平均壁面剪切应力达到最大,当长径比继续增大时,油膜区剪切速度梯度逐渐减小,油膜温升和热变形亦随之减小。研究结果可为马达优化以减少能量损失和改善密封环润滑条件提供理论指导和依据。      

微重力条件下泡沫复合相变材料蓄热装置数值仿真

相变材料由于相变过程中吸收或者释放大量能量且过程近似等温这一特性而有巨大的应用潜力,将相变材料蓄热装置应用于航天器是维持航天器内各个单元工作温度的一种有效方法.提出一种基于正二十烷的相变蓄热结构方案,分别填充泡沫铜与泡沫碳作为基体材料来强化相变材料的传热性能.通过对该模型进行数值仿真计算,得到相变蓄热装置温度、固液相界面位置随时间的变化等有效数据,分析泡沫相变蓄热材料在微重力条件下相变界面的演变过程.结果显示,得益于其较高的导热系数,泡沫复合相变材料可将热源热量有效分散到其他区域,减缓热源面温度上升速度,并且降低重力变化对传热的影响.所得数据结果为泡沫复合相变材料的工程应用提供了科学依据.      

模块化空间可展开天线支撑桁架结构的热-结构分析

对模块化空间可展开天线支撑桁架结构进行空间热交变环境下的热 结构分析,为天线结构因热致变形影响形面精度和网面稳定性提供合理的防护建议。采用ANSYS APDL有限元软件建立了大口径模块化空间可展开天线支撑结构的精细化数值模型,基于已有试验分别验证了模块化可展开天线结构有限元建模和热分析模型的正确性;分析了在瞬态温度场作用下约束位置等参数对支撑桁架弦杆及拉索应力的影响和热致变形规律。研究结果表明：空间可展开天线结构的应力和变形随时间历程发展与瞬态温度场变化趋势基本一致;同一瞬态温度场下,天线结构中心模块拉索热应力最大,同圈模块的弦杆热应力幅值基本相同,其上弦杆热应力逐圈增大,而拉索热应力逐圈减小;天线结构热致变形在距离约束最远端处整体累计值最大,上层中心点处累计热致变形可达15mm左右,对天线形面精度的影响不可忽略;将天线支撑桁架结构最外侧且距离结构中心最近的模块顶角和与相邻模块竖杆拼接处作为星载天线伸展臂约束时,天线结构的热致变形最小。将该处作为模块化空间可展开天线的展开支点,并建议对天线支撑结构表面采用涂刷隔热防护复合材料涂层等防护措施,以增加天线结构在太空极端环境的适应性,从而减小温度交变对天线整体形变和网面精度的影响。     

纳米材料拉伸装置的设计及定量化分析

以压电陶瓷为主体设计了一种用于单体纳米材料原位拉伸变形实验的装置,为了实现力学性能的定量化测量,在该装置中加装了用于测量力的悬臂梁针尖,通过悬臂梁针尖的变形可实现纳米材料力学性能测试中的定量化性能测试.利用该自主设计的纳米材料拉伸仪,以利用热蒸发法制备的非晶氧化硅纳米线为实例,在光学显微镜和扫描电子显微镜下进行了原位力学性能测试实验.实验结果显示:该原位纳米材料拉伸装置可以有效地实现纳米材料的拉伸变形操作,同时对施加在材料样品本身上的力学信号给出定量化的结果.      

薄板钢构件火灾下的变形能力和承载能力分析

钢结构塑性设计和抗震设计中都要求组成钢结构的板件有足够的局部变形能力,以防止板件局部的屈曲而降低钢板件的承载能力.结合常温状态下钢板件变形和承载能力分析的基本原理和方法,用非线性有限元法,对钢结构中常用的四边支撑钢板件在高温下的屈曲性能进行分析,着重考虑了板件宽厚比、边界约束和初始缺陷等因素对板件变形能力和承载能力的影响.此外,通过参数的分析,还给出了板件宽厚比与变形能力和承载力的相关关系.      

预拉伸板轧制-拉伸残余应力的计算机仿真

为消除铝板冷轧过程中产生的残余应力,采用弹塑性大变形有限元法对变形区内残余应力的分布进行数值模拟.通过分析不同轧制工况对残余应力分布的影响,得到不同压缩量对轧制残余应力的影响; 并对不同轧制工况后的板材进行参数拉伸,得到拉伸力大小、拉伸变形量大小对残余应力消除效果的影响值.模拟结果表明适当的拉伸(2%左右)可以均匀细化、部分消除残余应力,减小残余应力对后续加工的影响.      

摩擦堆焊过程中耗材热力过程数值模拟

采用刚粘塑性材料模型,借助有限元软件对摩擦堆焊过程耗材三维温度场与变形场进行了耦合计算,分析了耗材的温度变化及变形情况,讨论了影响温度变化的因素,并用热电偶测量了耗材的温度变化情况.模拟结果显示,耗材摩擦界面处温度的升高先急后缓,待系统进入准稳态,摩擦界面上温度也基本恒定,耗材端部存在一定温度梯度.耗材端部摩擦界面处最先进入热塑性状态并发生变形.模拟结果与试验结果吻合良好,再现了摩擦堆焊过程中耗材的温度变化及变形.模拟结果可为摩擦堆焊机理研究及确定关键工艺参数提供理论指导.