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液黏离合器摩擦副屈曲变形接触及热机耦合特性研究

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液黏离合器摩擦副屈曲变形接触及热机耦合特性研究

作者：姜宇宇太原理工大学

学位级别：硕士

液黏离合器广泛应用于风机、水泵的调速,以及矿用刮板输送机、带式输送机的软启动,对节能降耗、提高设备的可靠性起着重要作用。由摩擦片和对偶钢片组成的摩擦副是液黏离合器的核心部件,高功率、长时间的相对滑摩决定了摩擦副在工作过... 详细信息

液黏离合器广泛应用于风机、水泵的调速,以及矿用刮板输送机、带式输送机的软启动,对节能降耗、提高设备的可靠性起着重要作用。由摩擦片和对偶钢片组成的摩擦副是液黏离合器的核心部件,高功率、长时间的相对滑摩决定了摩擦副在工作过程中产生大量热损耗,而对偶钢片为大直径薄盘结构,高能量密度输入下的瞬态热积聚容易导致其发生显著的、不可恢复的屈曲变形。摩擦副于封闭环境中工作,对偶钢片的变形难以及时被发现和抑制,而变形将恶化摩擦副工作条件,诱发更大的温度梯度和元件热变形,致使液黏离合器出现快速温升、转矩突变和转速波动等现象,引发功能异常甚至失效。因此,探明摩擦副屈曲变形后的非正常接触滑摩状态以及热机耦合特性,对于后续研究摩擦转矩演变机理,实现对变形状态的有效表征和抑制尤为重要。为获得软启动工况下摩擦副的屈曲变形规律,基于弯曲梁理论建立了对偶钢片的屈曲分析模型,设计了对偶钢片的径向温差变化,综合采用理论计算与模拟仿真,揭示了对偶钢片的临界屈曲弯矩大小以及屈曲变形形状。结果表明,温度沿径向上升或下降时,对偶钢片产生锥形与马鞍形屈曲变形所需临界弯矩最小,该结果符合对偶钢片的实际变形状况。为研究摩擦副屈曲变形后的接触特性,建立了锥形摩擦副的简化模型,利用有限元软件进行了仿真,根据赫兹理论建立了马鞍形摩擦副的接触等效模型,采用编程方法进行了计算,探索了屈曲变形摩擦副接触表面的压力分布状况。结果表明,锥形变形时,压力主要沿径向变化,软启动初期中心压力最高,中后期于两侧附近形成压力峰值。马鞍形变形时,接触区呈椭圆形对称分布于摩擦副两侧,接触压力由椭圆中心向四周梯度下降。变形程度与压力分布的不均匀程度正相关,内外径之比对压力分布影响较小。为揭示变形摩擦副的热特性,以接触压力结果为条件,考虑对流换热与热流分配,建立了对偶钢片的二维温度场计算模型,采用有限差分法分别求解并分析了锥形与马鞍形对偶钢片的温度场分布与变化规律。结果表明,锥形变形时,温度沿径向变化,初期中心温度最高,中后期于两侧附近形成温度峰值。马鞍形变形时,最高温度点位于两侧周向中心并向大半径处偏移,温度从最高点向四周梯度下降。最高温度变化均为前中期快速上升,后期小幅下降,软启动时长对温度场影响显著。针对锥形与马鞍形对偶钢片在软启动过程中的应力与应变情况,以温度场为热载荷,考虑实际约束条件,建立了对偶钢片的瞬态热机耦合模型,利用有限元软件进行求解分析,获得了对偶钢片在非均匀温度场影响下的应力、应变场分布与变化规律。结果表明,锥形变形时,应力与应变沿径向变化,初期局部分布,中后期于径向两侧附近形成应力、应变峰值。马鞍形变形时,应力与应变呈椭圆形分布,其值从椭圆中心向外依次下降,且沿周向变化幅度较小。软启动时长增加,二者应力与应变值均发生显著增长,并有可能超出材料屈服极限,产生不利影响。综上所述,本文探索了液黏离合器摩擦副的屈曲变形规律以及屈曲变形后的接触与热机耦合特性,研究结果可为建立摩擦元件变形监测系统,提升液黏离合器的可靠性提供理论依据。

关键词：液黏离合器摩擦副屈曲变形接触特性热机耦合

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多片离合器摩擦对偶片屈曲变形的分析与验证

汽车工程 2017年第7期39卷 775-781页

作者：李明阳马彪李和言陈飞王宇森于亮北京理工大学机械与车辆学院北京100081 北京电动车辆协同创新中心北京100081

本文旨在研究了离合器摩擦对偶片花键处受周向转矩作用发生屈曲变形的过程。建立了对偶片屈曲变形时各阶临界屈曲弯矩的计算模型,定量分析了厚度等结构参数对摩擦对偶片各阶临界屈曲弯矩的影响,并通过离合器低速低载荷工况下的摩滑磨损... 详细信息

本文旨在研究了离合器摩擦对偶片花键处受周向转矩作用发生屈曲变形的过程。建立了对偶片屈曲变形时各阶临界屈曲弯矩的计算模型,定量分析了厚度等结构参数对摩擦对偶片各阶临界屈曲弯矩的影响,并通过离合器低速低载荷工况下的摩滑磨损实验验证了对偶片屈曲变形模型的计算结果。结果表明,在对偶片发生因大温度梯度导致的热翘曲前,引起摩擦界面局部接触压力显著升高的主要原因是花键处因机械转矩作用而产生的屈曲变形,它引起周向压力扰动而导致热弹性失稳。对于工程常用摩擦对偶片,厚度与节圆半径比值大于0.015 5时可明显提高对偶片抗机械扭转变形的能力,从而增大摩擦界面接触区,降低接触区比压,改善摩擦状态。

关键词：多片离合器摩擦对偶片屈曲变形临界屈曲弯矩

金属薄板单轴弹塑性屈曲变形与回弹的几何参数研究

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锻压技术 2019年第6期44卷 24-29页

作者：刘俊丁子祈韩先洪上海交通大学材料科学与工程学院模具CAD国家工程研究中心

针对金属薄板受压时产生的弹塑性屈曲现象,开展理论与实验研究。将薄板屈曲分成加载和卸载两个阶段进行分析,对加载阶段引入余弦函数轮廓假设,对卸载阶段引入平面应变假设,以此建立薄板屈曲的几何特征参数模型。以304不锈钢为例,结合一... 详细信息

针对金属薄板受压时产生的弹塑性屈曲现象,开展理论与实验研究。将薄板屈曲分成加载和卸载两个阶段进行分析,对加载阶段引入余弦函数轮廓假设,对卸载阶段引入平面应变假设,以此建立薄板屈曲的几何特征参数模型。以304不锈钢为例,结合一套多向拉压装置,开展了不同长度的金属薄板屈曲变形与回弹实验。根据本文模型计算试样回弹后的参数,并与实验数据进行对比,其中高度误差小于5. 4%,长度误差小于2. 5%。进一步对参数分析表明:回弹后的长度与高度均随试样原始长度的增加而增加,且前者接近线性关系;随着板厚增加,回弹后试样高度增加而长度减小。

关键词：屈曲变形几何关系回弹解析 304不锈钢弹塑性

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碳钢车体薄板焊接屈曲变形问题研究

轨道交通装备与技术 2023年第6期 42-45页

作者：马光磊岳仁法李丰中车青岛四方机车车辆股份有限公司山东青岛266111

碳钢车体薄板结构在焊接过程中易发生屈曲变形,不仅影响外观效果,甚至变形严重时还会降低结构的刚度、稳定性。目前车体在进行薄板焊接时,还无法实现其变形的完全有效控制。基于此,阐述了车体薄板焊接结构屈曲变形的主要形式以及形成原... 详细信息

碳钢车体薄板结构在焊接过程中易发生屈曲变形,不仅影响外观效果,甚至变形严重时还会降低结构的刚度、稳定性。目前车体在进行薄板焊接时,还无法实现其变形的完全有效控制。基于此,阐述了车体薄板焊接结构屈曲变形的主要形式以及形成原因,进而在车体结构优化、焊接变形控制等方面提出了相应的改进措施。

关键词：碳钢车体屈曲变形设计优化

基于水下超声测距方法的海底管道屈曲变形测量技术研究

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石油工程建设 2023年第6期49卷 16-19页

作者：王克宽段瑞彬何亚章于德周王来臻中国石油集团工程技术研究有限公司天津300451 中国石油集团海洋工程重点实验室天津300451 中国石油集团海洋工程有限公司海洋工程事业部山东青岛266555

针对浑浊海域海底管道屈曲变形缺陷测量,提出以超声测距为技术基础的海底管道变形精准测量方法,建立海底管道与测量传感器的统一水下坐标系,在此基础上构建管道外表面三维模型,为管道变形要素计算提供依据。在水下超声声速修正的基础上... 详细信息

针对浑浊海域海底管道屈曲变形缺陷测量,提出以超声测距为技术基础的海底管道变形精准测量方法,建立海底管道与测量传感器的统一水下坐标系,在此基础上构建管道外表面三维模型,为管道变形要素计算提供依据。在水下超声声速修正的基础上提出了测量精度控制措施,设计了两种超声测量换能器及测量系统,并进行了工程应用,对工程中海底管道变形进行了现场测量。测量结果表明,超声测量系统在施工海域出现高浑浊度、低能见度以及高流速等恶劣海况条件下运行良好,具有较高的测量精度,变形管道的三维模型构建误差小,能够准确计算管道的变形特征,满足工程应用要求,可为海底管道维修提供有效的数据支持。

关键词：海底管道屈曲变形超声测量低能见度

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天然气弯管屈曲变形模拟研究

管道技术与设备 2022年第1期 26-29页

作者：卓海森国家管网集团(福建)应急维修有限责任公司福建莆田351100

文中以实际工程中Φ406.4×7.9 mm无缝钢制弯管发生屈曲为例,采用有限元方法对该弯管的屈曲失稳形式进行研究,分析不同载荷下弯管的变形行为,研究得到导致弯管发生屈曲变形的主要机理:案例弯管屈曲变形是外部载荷挤压地下软基而引起管... 详细信息

文中以实际工程中Φ406.4×7.9 mm无缝钢制弯管发生屈曲为例,采用有限元方法对该弯管的屈曲失稳形式进行研究,分析不同载荷下弯管的变形行为,研究得到导致弯管发生屈曲变形的主要机理:案例弯管屈曲变形是外部载荷挤压地下软基而引起管道局部偏移,偏移过程中弯管局部变形集中,最终弯管屈曲发生。

关键词：天然气管道载荷屈曲变形

具有典型几何特征的金属薄板屈曲变形初步研究

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具有典型几何特征的金属薄板屈曲变形初步研究

作者：刘俊上海交通大学

学位级别：硕士

金属薄板受到面内压力作用时易产生屈曲变形。在冲压成形工艺中,局部屈曲变形是导致板料起皱的重要原因,因而受到研究重视。另一方面,若能有效预测和控制金属薄板的屈曲变形,则可在此基础上发展一种有别于现有冲压工艺的板料成形新方式... 详细信息

金属薄板受到面内压力作用时易产生屈曲变形。在冲压成形工艺中,局部屈曲变形是导致板料起皱的重要原因,因而受到研究重视。另一方面,若能有效预测和控制金属薄板的屈曲变形,则可在此基础上发展一种有别于现有冲压工艺的板料成形新方式——屈曲成形。与冲压相比,屈曲成形具有无需模具、成形力小等优点。金属板料冲压成形中,产品的最终形状主要取决于模具的形状。而在屈曲成形中,屈曲后的零件形状主要依赖于坯料自身的几何特征,因而研究典型几何特征下板料的屈曲变形是开展屈曲成形研究的重要内容。本文设计了多种具有典型几何特征的薄板试样,来研究上述试样在单轴和多轴压力作用下产生屈曲变形后的三维形状。从解析模型、有限元模拟、屈曲实验三个方面开展研究,完成以下工作:设计了多种不同结构的金属薄板并完成屈曲实验,证明了通过屈曲变形能够获得丰富的三维结构,这将为屈曲变形结构件设计提供借鉴。这些实验也为下一步的屈曲成形参数关系研究提供数据支持。分别针对宽度均匀结构和宽窄相间结构,推导了受压阶段和卸载回弹后的几何特征参数的解析模型。其中受压屈曲阶段采用了余弦轮廓假设,卸载回弹过程则分别假设了常等效应力和非常等效应力。并对不同假设的结果进行了比较。解析模型预测的几何特征参数与实验结果吻合较好。基于解析模型,通过作图法可直观分析二维结构形状参数对屈曲变形后结构形状的影响。开展了屈曲变形的有限元数值模拟工作,特别关注硬化模型对回弹计算值的影响。引入了几种常见的硬化模型,并将其计算结果与304不锈钢的屈曲变形实验结果进行对比,发现Chaboche N3L0硬化模型具有较好的变形预测精度。以一种典型几何样件（KL2#）为例,采用此模型预测的屈曲回弹后的高度、长度、角度,预测误差分别为-3.2%,0.4%和-3.6%。

关键词：屈曲变形几何特征解析法硬化模型回弹

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考虑初始残余应力的薄板焊接屈曲变形分析

考虑初始残余应力的薄板焊接屈曲变形分析

作者：周亮重庆交通大学

学位级别：硕士

焊接是船舶等大型结构制造中主要的连接方式,而且近年来在材料加工领域中占有十分重要的地位。虽然焊接可以将材料进行永久性的连接,但是在焊接加工过程中,由于材料属性的非线性和温度不均匀的变化等复杂因素,导致焊后结构件内部会存在... 详细信息

焊接是船舶等大型结构制造中主要的连接方式,而且近年来在材料加工领域中占有十分重要的地位。虽然焊接可以将材料进行永久性的连接,但是在焊接加工过程中,由于材料属性的非线性和温度不均匀的变化等复杂因素,导致焊后结构件内部会存在应力分布以及外表面发生变形,从而出现材料力学性能降低、使用寿命缩短等现象。并且在实际工程中,焊接件在实施焊接前都会经过一系列的热加工和机械加工。如此以来,焊件在焊接前都会存在一定的初始残余应力分布。基于上述研究背景,为了研究初始残余应力对焊接残余应力分布及其数值的影响,本文建立了热轧制成形和焊接制造的有限元模型,探讨薄板在经过热轧制加工后产生的残余内应力对焊接过程的影响。研究中将轧制引起的残余应力继承到焊接预测分析中,开发了三维热-弹-塑性有限元计算程序,基于热力直接耦合法,以板厚为5mm的Q235钢对接焊为例,对其焊接残余应力和变形的预测进行了数值模拟,其中考虑到了金属材料物理性能和力学性能随温度变化的特点。得到了焊接残余应力的分布规律:焊缝周围的金属在施焊过程中,热应力呈压应力分布状态并渐渐增大;冷却过程中,内应力性质发生了转变,即由压应力逐渐减小之后转变为拉应力。冷却至室温后,在沿垂直于焊缝方向上,残余应力呈对称分布。焊缝和热影响区呈现拉伸残余应力分布,母材区域则呈压缩性残余应力状态。沿焊缝方向上,残余应力同样呈对称分布的规律:焊缝中部金属受压和焊缝两端金属受拉。之后通过分析对比薄板是否考虑初始残余应力的两种方案的计算结果,得出了在沿焊缝方向和垂直于焊缝方向上,两种方案计算得到的残余应力分布规律相似,但在数值上有差别。介绍了薄板结构稳定的相关理论,并采用特征值屈曲分析方法计算焊接屈曲变形,得到了前四阶屈曲特征值和模态变形图。通过分析得知,选用合理尺寸的板件或施加特定的边界约束条件,可以提高焊接结构件的临界屈曲载荷,进而可以避免在焊接过程中出现失稳变形。最后得到了判断焊接过程中是否出现失稳变形的依据。

关键词：有限元法初始残余应力焊接残余应力屈曲变形

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板料焊接屈曲变形测量

焊接学报 2016年第7期37卷 61-64页

作者：冯超梁晋郭楠刘烈金西安交通大学机械工程学院机械制造系统工程国家重点实验室西安710049 广东西安交通大学研究院佛山528300

板料屈曲变形在焊接工艺中不可避免且难以控制矫正,采用先进的测量手段获得焊接屈曲变形规律进而揭示变形机理是目前研究焊接变形的难点问题.文中拟采用一种基于数字图像相关法的非接触测量方法获取板料焊接屈曲变形的全场全过程变形状... 详细信息

板料屈曲变形在焊接工艺中不可避免且难以控制矫正,采用先进的测量手段获得焊接屈曲变形规律进而揭示变形机理是目前研究焊接变形的难点问题.文中拟采用一种基于数字图像相关法的非接触测量方法获取板料焊接屈曲变形的全场全过程变形状态.首先,提出了一种针对弱相关和大变形的对应点匹配算法;其次,建立试验平台并利用DIC测量系统对平板堆焊变形进行测量;最后,在平板堆焊试验的基础上,通过分析变形数据,揭示屈曲变形规律.结果表明,低碳钢在板料焊接与冷却过程中均发生屈曲变形,分别呈碟形与马鞍形;板料焊接产生的应变主要分布在焊缝周围;焊缝纵向收缩是引起板料塑性屈曲变形的主要原因.板料焊接屈曲变形规律试验不仅能验证焊接变形预测有限元理论,而且对焊接矫正方法提供依据和思路,同时对板料焊接工艺的发展具有积极的促进和指导作用.

关键词：板料屈曲变形数字图像相关法纵向收缩