齿轮在高速重载条件下工作时,摩擦磨损造成的影响是不容忽视的,而修形可以降低齿轮的磨损及表面温度,对提高齿轮胶合承载能力有显著作用。为此,根据齿轮啮合原理、齿轮修形原理等基本理论,对齿轮的热变形以及齿廓修形进行了研究。利用有限元仿真软件建立齿轮热力耦合参数化模型,确定轮齿各面的稳态热平衡方程,利用仿真软件对齿轮各点施加对流边界条件和摩擦热流量,求解得到了齿轮的温度场;分析齿轮温升对齿轮变形的影响规律,对齿轮修形技术进行研究,推导了弹性变形、热变形、热力耦合变形的计算公式。结果表明,修形能够降低齿轮温度,提高齿轮抗胶合强度。

运用热力耦合及传热学相关理论,利用有限元软件Abaqus建立正交各向异性C/SiC材料的汽车通风式制动器模型;以此为基础,对该模型在紧急制动过程中不同制动初速度、不同制动压力以及制动盘的不同纵向膨胀系数进行了模拟和分析。结果显示,在热力耦合作用下,制动盘节点单元温度曲线呈现出“锯齿状”波动,热应力主要出现在摩擦副接触的中间区域;在紧急制动过程中,制动压力和初速度越大,制动盘面温度上升越明显,而不同制动盘膨胀系数对制动盘最高温度的影响不显著。

磨削加工齿轮的残余应力状态对齿轮使役性能有较大影响,磨削后齿面的表面残余应力准确预测与计算是齿轮抗疲劳制造的重要内容。基于成形磨削运动分析及热力耦合有限元仿真计算方法,提出了齿轮成形磨削加工齿面残余应力计算方法。开展成形磨削实验,测量磨削后齿面的残余应力,对比分析残余应力实验测量值与有限元计算值,分析了磨削加工参数与残余应力的关联规律。结果表明,提出的成形磨削齿面残余应力计算方法得到的计算值与实验测试结果具有较好的一致性;在成形磨削中,砂轮进给深度越大,齿面残余拉应力越小。

采用三维有限元热力耦合分析方法，综合考虑合成压力、径向预紧力和热应力的影响，对六面顶硬质合金顶锤进行了应力分析，阐述了破坏机理，分析了主要结构参数(顶锤直径、高度)以及径向预紧力对主应力最大值的影响规律，提出了进一步优化参数的思路。

通过开发线性混合热膨胀模型、拓展Avrami相变动力学模型和应用Leblond相变诱导塑性（TRIP）模型建立了热力耦合有限元模型,考虑了热膨胀、相变膨胀、相变诱导塑性.用该模型定量分析了X65管线厚板控制冷却时相变潜热、TRIP效应对温度、残余应力的影响,研究了3种控冷工艺下材料的翘曲.结果表明：在层流冷却系数为1mW/（mm^2.K）的上下对称控冷时,相变期间潜热减缓心部冷速达52.3%,潜热和TRIP效应分别产生峰值为119MPa,-91MPa和87MPa,-60MPa的应力以减小整体残余应力;上表面层流冷却系数由1mW/（mm^2.K）分别增至2mW/（mm^2.K）,3mW/（mm^2.K）后,上表面和心部的温差由107℃分别增至192℃,253℃,该侧残余拉应力的峰值由338MPa减至150MPa,翘曲量由0分别增至0.05×10^-3,1.7×10^-3.

高超声速飞行器热防护结构中存在大量不同材料的装配界面,因此在结构热力耦合分析中会产生界面非完好接触、热力耦合等非线性效应。针对传统三维有限元方法在求解此类结构时存在的计算量大、计算效率低的问题,建立了适用于含搭接界面温度场和热力耦合分析的分区连续/间断伽辽金有限元方法,充分考虑材料非线性以及温度和应力相关的接触热阻对结构热力耦合响应的影响,并编制相应的有限元计算软件,形成适应于工程大规模计算的含多材料搭接界面结构的三维传热、热力耦合问题研究的高效高精度计算能力,为我国新型高超声速飞行器热气动弹性特性预测及安全评估等提供研究手段和技术支撑。

以动环端面带微米级双向螺旋槽与圆弧槽结构的干气密封为研究对象,考虑密封界面热传导建立不同微结构密封副干摩擦工况下的热力学模型,采用完全热力耦合方法进行摩擦传热分析。研究结果表明:动环端面微结构的存在,使接触面局部产生高温热点,热点区域主要集中于开槽区域周围,高温热点沿周向周期性分布,双向螺旋槽界面热点较集中;动静环接触面最高温度随转速的增大、运行时间的延长上升趋势越明显;微槽深度对界面最高温度的影响在起始阶段不明显,随着滑动过程的进行,浅槽界面最高温度逐渐高于深槽界面;相同转速、槽深情况下,圆弧槽界面温升低于双向螺旋槽界面;碳石墨静环接触面等效应力分布情况与高温热点区域具有相似性,接触面局部温差产生的热应力是导致应力集中的主要因素。

针对一种阴接头密封梁具有椭圆弧凹槽的形状记忆合金梁式管接头,利用ABAQUS软件建立考虑管内流体压力和温度的弹塑性有限元热力耦合模型,数值模拟得到阴、阳接头间的接触带宽和接触应力分布。基于逾渗理论与微观粗糙密封界面有限元接触分析,计算得到形状记忆合金材料密封界面泄漏概率为零的临界接触应力。结合第一道密封的接触应力分布,以S指数作为形状记忆合金梁式管接头密封性能的评价指标,数值模拟了预紧力、管内流体压力和温度对形状记忆合金梁式管接头密封性能影响。结果表明在装配拧紧力矩范围内形状记忆合金梁式管接头密封性能随着预紧力增大而增强;密封性能随着管内流体压力的升高会提高,具有良好的自封性;在-50~200℃的管内流体温度范围内密封性能基本稳定,满足密封要求。数值分析表明在相同工作条件下形状记忆合金梁...

针对磷酸厂渣浆泵机械密封因端面变形而导致的使用寿命缩短问题,以渣浆泵背对背型双端面机械密封密封环为研究对象,采用整体法,根据实际工况建立密封环热力耦合三维计算模型,研究密封环温度场分布及端面变形情况,分析不同工况下密封环热力变形对机械密封正常工作的影响。结果表明:密封环最高温度出现在静环内侧,且温度沿径向朝静环外侧逐渐降低;环境温度对密封环热力变形有显著影响,高温环境下机械密封更容易失效;密封端面受到热力耦合的影响,从平行面变为收敛面,造成密封面迅速磨损,泄漏量增大;根据端面变形形状,可考虑将该机械密封改造为非接触式机械密封,从而提高使用寿命。

鉴于圆柱滚子轴承运转过程中承载区存在热力相互耦合作用,结合轴承动力学分析方法和热分析、温度场分析方法建立了滚动轴承热力耦合分析计算模型并进行了求解。基于建立的计算模型分析了热力耦合效应对轴承温度场分析和承载性能计算以及疲劳寿命预测的影响,并探讨了轴承结构参数以及工况条件对热力耦合效应计算效果的影响。结果显示,考虑热力耦合效应与不考虑热力耦合效应两种计算方法在温度场分布、承载性能以及疲劳寿命等计算结果上存在较明显的差异,且该差异受轴承结构参数和工况条件的影响。