航空发动机热端部件常采用GH4169高温合金,该材料是具有良好力学性能的难加工材料。采用ABAQUS数值模拟法分析铣削加工后GH4169高温合金工件表面残余应力分布情况,研究其对工件表面小裂纹扩展行为的影响。结果表明,加工残余应力使得已加工表面近距离处小裂纹裂尖应力应变场强度明显增大,扩展“动力”增强;裂纹长度增大至一定值时,残余应力会削弱裂尖附近应力应变场强度,减缓裂纹扩展速率;当外载荷明显大于加工残余应力时,残余应力对裂尖场强度影响减弱,对裂尖远端应力场分布影响明显。

通过室内沙疗实验结合有限元法,分析沙疗过程人体下肢温度场对应力场的影响规律,为沙疗治疗骨性关节炎的临床疗效提供理论支持。根据埋沙厚度(压力)、沙疗时人体下肢表面温度的不同,将受试者分为10cm45℃、10cm50℃、20cm45℃、20cm50℃四组,分别采集人体下肢埋沙300s、600s、900s、1200s时所受压力和沙体表面温度。应用Mimics、Geomagic、UG、ANSYS Workbench等软件分别模拟人体下肢在四种工况下总变形和等效应力,并比较埋沙厚度相同条件下,温度增大5℃时,其总变形和等效应力的相对改变量。结果显示,在沙疗300s、600s、900s、1200s时,10cm50℃组与10cm45℃组比较,人体下肢总变形和等效应力分别增大8.36%、5.43%、4.85%、3.27%和34.84%、33.78%、29.93%、24.25%;20cm50℃组与20cm45℃组比较,人体下肢总变形和等效应力分别增大6.97%、3.40%、2.22%、1.37%和21.28%、20.65%、17.27%、14.10%。结果表...

为得到符合生产、装配等工艺需求和其他基本设计目标的结构,取得更好的分纸效果,以激光打印机定影分纸器为研究对象开展结构优化设计。首先,根据功能需求和装配位置设计定影分纸器结构,并详细分析其工作原理和结构特征;其次,在整机内部温度场分析的基础上得到分纸器的温度分布数据,并基于此数据对分纸器进行热力耦合计算得到定影分纸器的应力分布和变形情况;最后,以结构的热力耦合响应为约束条件,考虑生产、装配工艺需求和制造成本,采用协同优化策略对分纸器的结构进行优化设计,得到最优尺寸和结构方案。面向生产实际,开展了一个完整的结构设计与优化过程。其中,热力耦合分析结果可作为产品结构设计与优化的基础数据,还可用于预测零件在使用后的变形量,从而合理确定零件的图纸尺寸。

汽车制动器制动过程中温度场、应力场等相互耦合,对系统的可靠性具有重要影响。针对应广泛的盘式制动器开展研究,根据制动原理,对影响会制动的关键参数进行分析,并根据车型参数进行验证。采用接触摩擦模型,对制动器的盘、片的热力耦合特性进行分析,建立数学模型,并采用ABAQUS建立仿真模型。选取紧急制动工况,设置制动初速度,获取各种特性参数场的分布规律,并对热力耦合特性进行分析;搭建盘式制动器性能分析台架,选取相同的紧急制动参数,获取整个制动规程中温度变化规律。结果可知制动盘片接触的过程为非均匀接触,峰值压力为27.47MPa,最高接触应力为123.2MPa,均满足材料强度的使用要求;试验测试结果最高温度为562℃,出现在整个制动过程的结束前0.9s;仿真与试验测试温度变化趋势一致,且误差小于5%,表明摩擦接触模型分析结果是可靠的,为此类...

在理想弹塑性的本构关系下对形状记忆合金(SMA)管接头在内压力下的扩颈行为进行了理论分析,讨论了其在热力耦合作用下的相变机理,得到了SMA管接头各工作阶段内部马氏体和奥氏体分布示意图。通过数值模拟可知SMA管接头完全相变所需压力为133.05 MPa,当温度达到67.22℃时,SMA管接头与被连接件进入热力耦合阶段,同时得到了SMA管接头内部各向应力及等效应力随半径变化的曲线图。进而通过有限元软件对SMA管接头工作过程进行了仿真,得到了各阶段SMA管接头的应力分布云图,分析了SMA管接头在各个相变过程中的力学行为及马氏体分布变化情况,并将数值模拟及仿真结果与已有实验数据进行比较,验证了模型的可行性。

基于已设计的变工况机械密封为研究对象,建立机械密封二维轴对称模型,采用有限元的方法对变工况下接触式机械密封的动环、静止环进行热力耦合计算,分析密封环端面温度以及密封环端面轴向变形随介质压力和转速的变化规律,并进行试验验证结构设计合理性。结果表明:密封环端面的温度和最大温差,随着介质压力和转速的增大而增大;该结构的密封在运转时,由于热变形占主导作用,密封端面易形成正锥度,且随着压力和转速的升高而不断增大。经运行试验表明,该结构的机械密封在变工况下未出现可见泄漏,具有良好的密封性能。

盘式制动器在制动过程中涉及到接触应力场、摩擦温度场以及盘体转动角速度和能量等的急剧变化。对列车制动器进行曲面构型设计,并改进制动器结构使它适用于碳陶摩擦材料。基于直接热力耦合的有限元方法,对比平面和曲面两种制动器结构的仿真结果,得到二者在相同工况下的温度场分布、接触应力分布以及角速度和能量的时间历程曲线。结果表明:曲面盘式制动器的制动效率明显高于平面制动器,但其温度场和接触应力分布状态不是十分理想。

车刀前刀面切削刃近域作为金属切削过程高温高压的集中作用区域,其热力强度对刀具切削性能有重要影响。文章以前期工作所获得的切削过程刀屑接触界面平均切削温度和平均切削力作为热载荷和机械载荷,确定出刀屑接触区域范围,合理施加约束和边界条件。将稳态热分析和静力学结构分析相关联,对车刀进行热力耦合分析,根据在热载荷和机械载荷综合作用下主切刃近域的应力分布,对该微槽车刀切刃近域热力强度进行分析评价。研究结果表明,该硬质合金微槽车刀切削刃近域的最大等效应力小于刀具材料的许用强度,即该硬质合金微槽车刀在给定切削工况下进行切削时,刀具切削刃近域强度足够,不会因为强度问题影响切削过程的正常进行。

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。

针对输送高温气体介质的大轴径风机所采用的液体润滑双端面机械密封开展热力耦合分析研究,具有重要的工程实际意义。将动静密封环视为一体并采用参数化扫描功能对密封结构参数进行优化分析。研究表明:在高温、低压工况下,高温介质热传导对介质侧密封温度场的影响占主导;对介质侧的密封结构设计,不仅要从减少端面产热的角度出发,而且要对密封环进行有效地冷却降温。