利用有限元软件Abaqus建立了不同凹坑结构简化的三维制动器模型,并结合热力耦合相关理论和正交试验法,探究了凹坑的深度h0、直径D0、圆周方向相邻凹坑间隔度数e及类型Ty对制动盘温度及应力的影响机制;在此基础上,研究分析了不同非光滑表面形态制动盘的温度场及应力场,并探究了在最优组合下,紧急制动过程中不同制动初速度及压力下的非光滑制动盘温度随半径的影响规律。结果表明,通过正交试验法得到的凹坑深度h0为5 mm、直径D0为8 mm、圆周方向相邻凹坑间隔度数e为20°的正方形凹坑制动盘温度及应力最小,为最优组合。其中,正方形凹坑制动盘具有最好的散热性能。随着制动初速度和压力的增大,该制动盘面的温度逐渐增加,制动盘的最高温度均出现在制动盘半径136 mm处。

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。

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。

针对高硬度合金材料在切削加工中刀具磨损严重的问题,总结了切削力模型、切削温度模型和相关实验研究,阐述了切削力和切削温度与刀具磨损之间的具体联系。从热力耦合的角度出发,综述了刀具磨损机制的研究进展。对高硬度合金切削加工中刀具磨损研究的新方向进行了讨论。

因为盾构主减速机低速、重载的工作特点,工作时遇到的主要问题是齿轮发热严重及齿面点蚀甚至断裂。将减速机低速级太阳轮轮齿啮合过程离散化为20个啮合姿态,通过对齿轮热力耦合接触有限元模型进行仿真分析,研究温度场对齿轮动态啮合接触的影响。基于修正后的S-N曲线,将每个啮合姿态视为一个时间步,利用nCodeDesignLife分别计算了考虑和未考虑齿轮温度场影响的接触疲劳寿命。结果表明:齿轮啮合接触时,热力耦合接触应力值普遍大于非热力耦合接触应力,两者分布规律相似;计算低速级太阳轮疲劳寿命,热力耦合接触疲劳寿命为常规接触寿命的0.74,齿轮的温升对齿轮的接触疲劳寿命存在较大的削弱作用。

为快速有效地预测主轴-轴承系统的稳态温度场，考虑径向热应力、离心应力及装配应力的影响，利用主轴-轴承径向热力耦合热网络模型，分析了轴系的发热特性。结果表明：主轴-轴承系统在轴承处温升明显，螺旋冷却管道对降低轴承外圈温升作用明显，随着转速的升高,轴承温升加剧，冷却效果也更加显著。

密封环的热力特性是影响接触式机械密封性能的关键问题。利用ANSYS软件,分别采用隔离法和整体法对接触式机械密封环温度场进行模拟,并与有关文献的实验结果进行比较、选择更准确的整体耦合法为模拟结果。在整体耦合求温度场的基础上,进行密封环热力耦合的计算和分析。研究表明：密封环变形随其材料的热膨胀系数的增大和导热系数的减小而增大,密封环最高温度和最大变形出现在静环内径处。

为研究斯特林发动机活塞杆无油润滑帽式组合密封的动密封性能,利用有限元分析软件Abaqus建立帽式密封的二维轴对称有限元模型,基于系统实际工况,研究工质压力对帽式密封性能的影响,得到不同压力下的有效密封区域。静态密封性能分析结果表明,帽式密封环与活塞杆的接触应力是密封的关键,动态密封性能分析结果表明,两者接触应力和密封区域随压力增大而增大,且外行程接触应力略大于内行程。通过热力耦合动态仿真模拟,分析环境温度、摩擦因数、往复运动速度对动密封性能的影响。结果表明:环境温度对帽式密封温度场影响不大,热源主要来自摩擦热;往复运动速度对其密封性能影响也不大,而摩擦因数的影响较大,摩擦因数越小,帽式密封的密封效果越好,使用寿命越长。