三维MiLE算法模型模拟连铸结晶器内的板坯凝固过程

建立了热流力耦合的三维非稳态有限元模型,对结晶器内钢水凝固过程中的传热、流动和变形情况进行了模拟。以尺寸为1.2mm×0.2m的Q235B板坯为研究对象,利用Procast软件的二次开发,求解出了结晶器区域内的温度场、流场和应变分布。计算结果表明,铸坯收缩量在不同方向上存在不同的分布状态。考虑气隙产生对传热的影响时,结晶器出口铸坯表面平均温度由1120.5℃增加到1289.7℃,坯壳厚度由16.1mm减少到14.2mm。     

基于剪切敏感液晶涂层的壁面摩擦力矢量场全局测量方法

针对壁面摩擦力测量问题,建立了一种基于剪切敏感液晶(SSLC)涂层技术的平板表面摩擦力矢量场全局测量方法。该方法利用SSLC涂层在摩擦力作用下的颜色变化特性(不同方向显示不同颜色)并结合其颜色变化与摩擦力大小之间的校准关系解算摩擦力矢量的方向和大小,能够测量整个待测区域的摩擦力矢量分布。应用所述方法测量了平板表面凸起物绕流的摩擦力矢量场。试验结果表明,该方法不仅能够高分辨率测量出平板表面凸起物绕流的摩擦力矢量场,而且能够研究凸起物的尾迹区随着流动速度增加的发展过程。     

连铸生产过程中提高拉坯速度的措施

针对连铸生产过程中提高拉坯速度时存在的问题,提出了发展高速连铸技术的重要意义。讨论了实现高速连铸的关键技术。     

有机硅涂层对聚碳酸酯透明件耐溶剂-应力开裂性能的影响

研究表面涂覆有机硅涂层的聚碳酸酯( Polycarbonate, PC)透明件在乙醇中的溶剂-应力开裂( Environ-mental stress cracking, ESC)行为,利用自制的环境力学测试装置考察PC/涂层体系在溶剂与应力共同作用下的应力松弛行为和表面裂纹形貌。结果表明：有机硅涂层在一定程度上改善了透明件的耐溶剂-应力开裂性能,带涂层试样在乙醇环境中的应力松弛比纯PC明显减慢,并且表面裂纹数量减少;有机硅涂层对乙醇与试样表面层的接触及扩散吸收起到有效阻隔,进而可降低溶剂对 PC 的塑化作用;涂层与 PC 基体力学性质较为匹配,在承载条件下涂层不易发生脱落开裂,在溶剂-应力共同作用过程中仍然能对 PC基体起到一定保护作用。     

平板表面薄圆柱绕流摩擦力矢量场全局测量

针对壁面摩擦力矢量场测量问题,基于剪切敏感液晶(SSLC)涂层技术建立了一种测量平板表面摩擦力矢量场的方法。该方法基于多视角测量原理,采用六台同步相机从不同方向同时采集SSLC涂层在摩擦力作用下的颜色变化,与采用单台相机相比能够降低测量噪声,并且具有测量非定常流动的摩擦力场的潜力。应用该方法测量了平板表面薄圆柱绕流的摩擦力矢量场,结果表明:(1)SSLC涂层能够以彩色方式定性显示壁面摩擦力信息;(2)通过对不同方向观测的SSLC涂层颜色进行分析处理,该方法能够高分辨率测量薄圆柱绕流的摩擦力矢量场,详细地捕获了流动特征;(3)同一份SSLC涂层可以重复使用并且可用于测量不同的摩擦力矢量场。     

FA表面改质剂在伺服阀压装中的应用

分析了伺服阀在精密压装中组件压装存在的工艺问题，对压装过程进行力学分析，提出了新的工艺思路，并通过利用 FA表面改质剂，改善润滑条件，解决压装中的难点。     

微重力场中弱强迫流动作用下的固体表面火蔓延

本文研究了微重力条件下固体可燃物表面的火焰传播过程。建立了火蔓延的三维非稳态数学物理模型，给出微重力条件下燃烧过程中固体中燃物气化表面耦合效应的数学处理。运用数值模拟的方向，探讨微笪力条件下燃烧过程的物理机理。研究了产强迫流动对固体表面火蔓延过程的影响，揭示了微重力场中弱强迫流动作用下出现逆风火焰比顺风火焰旺盛的独特现象，并与正常重力场的计算结果作了对比。数值模拟的结果基本合理。     

含椭圆分层复合材料层板三维问题的三角级数能量解法

根据叠加原理将含有椭圆形内部分层的层板在横向载荷作用下的受力状态进行分解 ,从而将分层问题归结为在分层表面上的附加剪切载荷作用下层板附加位移与附加应力的分析 ,并据此建立了一个仅包含分层区的力学模型。然后利用双三角级数构造满足层板分层区位移边界条件的位移模态。最后 ,应用最小势能原理确定位移解。计算结果收敛 ,挠度收敛尤为迅速。     

2A12 铝合金锻坯开裂故障分析

某产品用2A12铝合金锻坯在生产过程中发生开裂故障。本文对开裂锻坯进行了形貌观察与断口分析,并对比研究了热处理后开裂锻坯、未热处理锻坯和原材料铝棒。结果表明:开裂锻坯上的开裂模式为脆性开裂;开裂锻坯上的裂纹形成于热处理过程,形成原因应与锻造工艺控制不当导致锻坯在热处理过程中形成的粗晶有关。     

变摩擦控制厚度分布的TC4深筒形件正反向超塑成形

以正反向超塑成形厚度均匀的TC4钛合金深筒形件为背景,采用MARC有限元模拟分析了正反向超塑成形时预成形模和终成形模的表面摩擦系数对成形件壁厚分布的影响.结果表明:合理地增大预成形模的表面摩擦力能显著增加预成形的局部减薄作用,对于提高零件最终壁厚分布均匀性有利.同时,合理减小终成形模的摩擦力,可以使板料褴体变形均匀化,壁厚分布趋于均匀.根据模拟结果,采用机械加工方法增加预成形模表面粗糙度以增大摩擦力,在终成形模表面喷涂润滑剂以降低摩擦力,通过正反向超塑成形实验制得厚度分布在1.50～1.78mm范围内的航天用TC4钛合金深简形件,比普通正反向超塑成形件厚度分布(1.18～2.24mm)有了很大改善.     

双列调心滚子轴承摩擦力矩的特性

基于滚动轴承的动力学理论，建立了双列调心滚子轴承动力学微分方程与摩擦力矩数学模型，采用预估-校正GSTIFF(gear stiff)变步长积分算法求解其动力学微分方程，研究了结构参数和工况参数对双列调心滚子轴承摩擦力矩特性的影响。研究结果表明:较小的内滚道密合度与较大的外滚道密合度有利于降低轴承的摩擦力矩；过大、过小的保持架兜孔曲率半径都不利于轴承摩擦力矩的降低，存在一个合理的保持架兜孔曲率半径使轴承摩擦力矩最小；保持架兜孔间隙对轴承的摩擦力矩影响较小，适当增大保持架引导间隙可有效减小轴承的摩擦力矩；适量的增大双列调心滚子轴承径向游隙有利于降低轴承的摩擦力矩。      

控制力矩陀螺轴承组件摩擦力矩异常波动机理

在角接触球轴承动力学分析基础上,建立了公-自转耦合的控制力矩陀螺轴承组件非线性动力学微分方程组和摩擦力矩理论计算式,开展了轴承保持架结构、滚道加工精度和轴承预紧力等参数对控制力矩陀螺轴承组件摩擦力矩特性的影响研究,分析了某型号控制力矩陀螺轴承组件摩擦力矩异常波动的机理。分析结果表明：保持架外径表面与套圈引导挡边之间碰摩以及钢球与保持架兜孔间碰摩是引起该型号控制力矩陀螺轴承组件摩擦力矩异常变化的主要因素。合理的轴承原始径向游隙可有效消除轴承保持架外径表面与套圈引导挡边之间的碰摩现象,且避免控制力矩陀螺轴承组件摩擦力矩明显异常波动。     

套圈变形诱发的薄壁角接触球轴承摩擦特性

针对薄壁轴承在制造、安装过程中套圈变形引起的轴承摩擦力矩变化机理不明的问题,基于滚动轴承动力学理论,构建了计入套圈变形时变表征的薄壁角接触球轴承动力学分析模型与摩擦力矩数学模型,研究了套圈沟曲率半径、变形相位角、半幅值及工况条件对轴承摩擦特性的影响规律。结果表明：沟曲率半径系数对轴承摩擦力矩的影响随转速临界值变化而发生改变,该转速值在计入套圈变形时较理想套圈会出现超前或滞后。优化配置套圈变形相位角可降低变形对摩擦力矩的作用。载荷比会影响形成轴承摩擦力矩最小的套圈变形相位角,其对套圈两瓣波相位角变化的影响小于三瓣波变形。合理控制套圈变形半振幅可降低对轴承摩擦力矩波动性的影响。     

超声振动方向对TC4钛合金铣削特性的影响

为充分发挥超声铣削钛合金的优势，改善钛合金的加工效果，增强表面服役性能，分别对刀具和工件施加超声振动，以寻求合适的振动方向和加工参数。理论推导了侧刃断续切削时的临界速度，试验研究了不同振幅和切削速度对表面形貌、切屑形态、切削力和刀具磨损的影响，同时探究了表面微织构对摩擦特性的影响。试验表明在两种振动方向下，增大振幅均使切屑的锯齿化程度降低，并且增加轴向振幅可使锯齿形切屑转变为带状切屑。轴向振动更有利于表面形成微织构、减小切削力、减缓刀具磨损、减小工件摩擦时的磨合时间，但需合理控制切削速度和超声振幅。同时，对切削力进行频谱分析，为工作状态下超声振动频率的测量提供了一种参考方法。     

航空煤油泵轴尾机械密封副材料特性

为选择适合在航空煤油介质中工作的机械密封副材料,对材料的摩擦特性进行了研究,利用摩擦磨损试验机得到不同工况条件与表面粗糙度下材料的摩擦因数、温升,在原子力显微镜(AFM)下对3组典型配对材料的微观磨损形貌进行观测,分析磨粒磨损和黏着磨损的行为差异,计算磨损的关键参数。研究发现:聚四氟乙烯（PTFE)在既定条件下为性能最佳的软材料;硬材料表面粗糙度值为0.05时的摩擦性能最佳,不同硬材料间性能差异不大。研究发现PTFE在配磨材料上产生的犁沟效应最轻微,黏附的元素颗粒最少;黏着磨损会造成表面高度分布函数的偏移,利用离散化求解公式得到了黏着体积与平均黏着厚度。      

Tribological evaluation of surface modified H13 tool steel in warm forming of Ti–6Al–4V titanium alloy sheet

The H13 hot-working tool steel is widely used as die material in the warm forming of Ti–6Al–4V titanium alloy sheet. However, under the heating condition, severe friction and lubricating conditions between the H13 tools and Ti–6Al–4V titanium alloy sheet would cause difficulty in guaranteeing forming quality. Surface modification may be used to control the level of friction force, reduce the friction wear and extend the service life of dies. In this paper, four surface modification methods(chromium plating, TiAlN coating, surface polishing and nitriding treatment)were applied to the H13 surfaces. Taking the coefficient of friction(CoF) and the wear degree as evaluation indicators, the high-temperature tribological behavior of the surface modified H13 steel was experimentally investigated under different tribological conditions. The results of this study indicate that the tribological properties of the TiAlN coating under dry friction condition are better than the others for a wide range of temperature(from room temperature to 500 C), while there is little difference of tribological properties between different surface modifications under graphite lubricated condition, and the variation law of CoF with temperature under graphite lubricated is opposite to that under the dry friction.     

Evaluation of thermal effects on temperature-sensitive operating force of flow servo valve for fuel metering unit

The temperature-induced variation in operating force of flow control valves may result in performance degradation or even jam faults of fuel metering unit (FMU), which significantly affects the safety of aircrafts. In this work, an analytical modeling approach of temperature-sensitive operating-force of servo valve is proposed to investigate the temperature characteristics in varying temperature conditions. Considering the temperature effects, a new extended model of flow force is built and an analytical model of valve friction is also derived theoretically based on the dynamic clearance induced by thermal effects. The extremum condition of friction is obtained to analyze the characteristic-temperature points where jam faults occur easily. The numerical results show that flow force increases firstly and then decreases as temperature increases under a constant valve opening. The maximum friction of flow servo valve can be uniquely determined when the structural parameters and ambient temperature are given. The worst situation just happens at the characteristic-temperature points, which are linearly related to the axial temperature gradients of valve spool. Such evaluations may give an explanation for the temperature-induced jam faults of vulnerable valves and provide a reference for designers to determine a suitable working-temperature range of valves in practice.     

渐开线直齿轮的动力学与弹流润滑耦合

综合考虑时变啮合刚度和油膜刚度、表面粗糙度以及摩擦转矩等对动力学行为的影响,基于载荷分担理论和动力学理论建立了六自由度渐开线直齿轮摩擦动力学模型.采用解耦方法求解该摩擦动力学模型,即将摩擦动力学模型求解获得的动态轮齿作用力和表面速度用于润滑分析中,反过来润滑分析获得的摩擦因数和油膜刚度将用于动力学分析计算中.通过实例研究了摩擦学特性和动力学行为以及两者之间的耦合关系.研究表明:考虑耦合效应后齿轮综合刚度略有下降.滑动摩擦力对垂直于啮合线方向的动态响应的影响比较显著,摩擦力会加剧该方向的振动.动态载荷对油膜厚度、油膜承载比例、油膜温升和摩擦因数影响均较大,且动力学行为对油膜温升分布的影响取决于相对滑动速度的大小.      

叶根连接模型的干摩擦微滑移性能

采用在接触面上建立多个接触对以模拟叶根处微滑移的方法和控制变量法，获取稳定状态下二维叶根接触面上摩擦力和相对位移的迟滞回线，分析评估了参考点、网格分配、切向和法向载荷、接触刚度、摩擦因数等参数在微滑移中的影响，从一个新角度考察了叶根干摩擦微滑移的性能。分析结果表明在采用微滑移模型研究叶根连接时，不同参数的选择对其干摩擦性能均有影响。接触单元的数量影响结果的精度，接触面上参考点的选择影响迟滞回线的描述，切向载荷影响迟滞回线中相对位移的大小；法向接触刚度的降低会明显增加相对位移和微滑移区域的大小，切向接触刚度的增加使叶根处更容易进行类似刚体运动的宏观滑移；摩擦因数和正压力的增加使得微滑移区域增加，但两者的影响并不完全一样。同时，从耗散能的角度研究了接触参数的减振效果。      

箔片结构库伦摩擦效应对径向箔片轴承特性的影响

基于有限元法建立波箔型气体径向轴承箔片结构的库伦摩擦模型,通过改变平箔片与波纹箔片之间以及波纹箔片与轴承座之间的摩擦因数,对比分析了在各种载荷分布条件下波纹箔片库伦摩擦模型与文献中线性弹簧模型的刚度特性,研究了库伦摩擦效应对波纹箔片刚度特性的影响规律.在此基础上,运用有限单元法和有限差分法求解雷诺方程和气膜厚度方程,研究了在两个工作转速下气体波箔片轴承中截面处最小气膜厚度随轴承承载力的变化规律以及承载力随偏心率的变化规律.通过数值仿真对该模型、文献中线性弹簧模型和刚性表面气体轴承进行对比分析,并把气膜厚度分布与文献结果进行了对比.结果表明:箔片的库伦摩擦力在一定程度上增大了波纹箔片的刚度,并且随着摩擦因数的增大其刚度以及两端固定的波纹箔片个数也增加,使得箔片轴承表面变“刚”,因此轴承静特性更趋于刚性表面轴承,此外当轴承承载力一定时,箔片摩擦因数越大轴承的最小气膜厚度越小.