改进的螺栓连接结构建模方法及其在导弹设计中的应用

对存在接触、摩擦和预紧等非线性因素的螺栓连接结构有限元建模方法进行对比研究,建立了面向某型导弹舱段径向连接结构的求解效率高、适用性强的有限元模型,并分析求解。研究从不同形式的连接结构建模策略和螺栓预紧力施加手段两方面展开,通过基础平板连接结构,验证了4种组合建模方法的精度和有效性,对比优选出最优的建模方法。仿真结果表明,梁单元配合多点约束的建模方法配合直接施加法的预紧力施加方法,是一种可实现导弹舱段径向螺栓连接结构高效求解的有限元建模方法。本研究可作为导弹结构在方案设计阶段的理论基础,同时为下一步的结构优化设计提供有效的技术支持,具有一定的工程应用参考价值。     

基于LS-DYNA直齿轮动态啮合特性分析

基于接触有限元分析理论和显式计算方法,利用LS-DYNA软件,可以高保真地模拟齿轮动态啮合过程。通过建立某实验研究中齿轮的精确啮合有限元分析模型,利用上述方法,模拟实验齿轮的动态啮合过程,根据数值计算结果分析齿轮动态啮合过程的振动特性。研究表明:齿轮动态啮合过程的数值模拟结果与实验结果具有很好的一致性;薄壁齿轮易产生结构振动,且其轮缘振动明显;降低轮缘及腹板的厚度,会使得轮缘及腹板承担齿轮啮合载荷的比重增大;当腹板位置不在齿宽中心时,会导致直齿轮动态啮合过程产生轴向啮合力。此外,研究还得出齿轮的共振条件以及齿轮共振状态的判定方法。      

奇异积分方程方法在接触压力分析中的应用

总结回顾了奇异积分方程的数值解法,对于第二类奇异积分方程使用分段连续函数法进行了求解;对于两个弹性体接触问题,通过接触体之间的滑移函数和间隙函数,建立求解接触压力的奇异积分方程.分别针对圆柱体与弹性半空间体、抛物线型压头与弹性半空间体、榫头与榫槽3类接触问题,确立奇异积分方程的具体表达式,而后使用分段连续函数方法进行求解,获得接触面上的接触压力.最后将计算所得的接触压力分别与理论解和有限元解进行了对比.对于圆柱体与弹性半空间体接触问题,奇异积分方程法的最大接触压力与理论解和有限元解的相对误差分别为0.3%和0.5%;对于榫头与榫槽接触问题,奇异积分方程方法计算所得的最大接触压力与有限元解的相对误差为1.8%,验证了奇异积分方程方法的有效性.      

基于显式力控制的空间机器人抓捕碰撞力控制方法

针对空间机器人抓捕漂浮目标过程中的碰撞力控制问题,建立了空间机器人抓捕目标的动力学模型及与目标接触的接触碰撞模型;分析了手爪闭合速度和目标初始位置等参数对碰撞过程的影响;在此基础上采用任务优先逆运动学求解方法,设计了基于显式力控制的抓捕接触碰撞力控制方法,并对基于外力控制的碰撞力控制方法和基于显式力控制的碰撞力控制方法进行对比分析。结果表明,基于显式力控制的目标抓捕接触碰撞力控制方法能够实现满足平稳性要求的碰撞力控制,且所需的基座推力和关节控制力矩较小。     

某航空发动机轴承钢球失效分析

针对某航空发动机轴承钢球的表面剥落及裂纹故障,利用视频显微镜、扫描电镜等设备对故障钢球剥落表面进行宏、微观检查,明确了钢球表面剥落性质为滚动接触疲劳;通过裂纹断口分析、能谱分析及金相检查等手段,确定了钢球裂纹是在淬火过程中温度过高导致的淬火裂纹,同时钢球组织中存在带状碳化物,对淬火裂纹的产生有一定的促进作用。淬火裂纹在钢球工作过程中并未扩展,但引起钢球表面发生接触疲劳剥落。建议在钢球热处理过程中,严格控制热处理工艺参数,保证热处理温度和保温时间的稳定。     

杆和板弹性正碰撞的瞬态响应

把分析质点和结构碰撞问题的方法推广用于分析杆结构和板结构的弹性碰撞响应问题。并且对各种边界条件的杆、板碰撞问题进行了规一化处理。从而进一步说明了用模态叠加法求解结构弹性撞击载荷的可行性。算例证明了本方法的方便性和可靠性     

基于子模型方法的连接机构接触模型及其应用

航空领域面临着大量的连接机构接触问题,解决此类问题的有效方法是采用有限元分析方法,但又面临计算耗时过长、计算效率过低的问题.针对这些不足,本文将子模型方法与有限元方法相结合,基于有限元分析软件ANASYS,对某一具体连接机构的三维接触问题进行了分析计算.首先针对一简单结构,验证了子模型方法的有效性.然后将子模型方法用于解决该连接机构问题,并得到了合理的结果.最后讨论了连接机构的应力值随网格密度、倒角半径的变化.研究结果表明,子模型方法结合有限元法能成功地用于工程中复杂结构件的接触问题分析.     

航空轴承表面合成DLC薄膜的结构特征和滚动-接触疲劳物理模型

利用等离子体浸没离子注入与沉积（PIIID）复合强化技术,在AISI440C航空轴承钢表面合成了类金刚石碳（DLC）薄膜。Raman光谱分析揭示出所制备的DLC膜层主要是由金刚石键（sp³）和石墨键（sp²）组成的混合无定形碳膜,且sp³键含量大于10%。原子力显微镜（AFM）形貌表明,DLC膜层表面光滑,结构致密均匀,与基体结合良好。被处理薄膜试样在90%置信区间下的疲劳寿命L₁₀,L₅₀,特征疲劳寿命L_a和平均寿命较基体分别延长了10.1,4.2,3.5和3.6倍。ANSYS模拟结果显示,最大剪切应力出现在膜基结合处并且靠近膜层内部,最大值达到2 150 MPa。结合ANSYS模拟结果和扫描电镜（SEM）观察形貌分析发现,膜层内部存在的微观缺陷是滚动接触疲劳裂纹产生的诱因,循环载荷所形成的最大剪切应力和润滑油中污染颗粒的共同作用是疲劳磨坑最终形成的外在动力。建立了循环载荷条件下PIIID DLC/AISI440C轴承接触疲劳破坏的5阶段物理模型。     

双剪多排螺栓连接螺栓孔接触域应力分布研究

基于接触问题的研究方法。利用由MSC．Patraan/Nastran软件建立的多排双剪螺栓连接有限元模型,对螺栓～孔接触域上的应力分布进行了研究。研究过程中主要考虑在不同的间隙和接触面粗糙度下,各排螺栓的应力分布变化规律。研究发现间隙和粗糙度对孔受压面上的应力影响较大,但不能破坏各排螺栓孔应力分布规律的相似性。在建模过程中,将螺栓定义为可变性接触体,考虑了螺栓与铝板之间的接触摩擦以及相互间弹性变彤．比以往的刚性体螺栓具有曼高的准确性和可靠性．     

齿轮轮齿接触分析的分解算法

提出了齿轮轮齿接触分析算法——分解算法。传统的轮齿接触分析方法求啮合点时需要求解含5个非线性方程的方程组,求解性差;齿面接触和边缘接触的数学模型不同,需要分别进行求解,求解过程复杂。轮齿接触分析算法——分解算法,提出了瞬时共轭啮合线的概念,可有效分离传动误差,得到啮合点、瞬时接触线,求啮合点时非线性方程的个数由5个减少为2个。分解算法建立的数学模型也适用于边缘接触分析,算法简单、有效、适应性强。以一对弧齿锥齿轮为例, 对比分析了传统方法和分解算法, 结果表明: 齿面部分的印痕是一致的,传动误差幅值相差0.3″;边缘接触部分的印痕存在少许差异。