以某48英寸锁环式轮胎定型硫化机开合模油缸活塞杆为研究对象,针对该型硫化机在使用一段时间之后合模精度下降、密封性能变差、不能提供稳定的合模力的问题,建立了该型硫化机有限元模型。通过ANSYS热结构耦合场和单结构场的对比研究,分析导致以上问题的原因和解决方法,并提出密封性经济型改进建议。

齿轮泵在实际工况中易受到热力耦合作用,从而产生疲劳破坏,影响泵的工作效率和寿命,因此研究泵体的热变形影响规律,分析热疲劳破坏的原因,对优化泵体结构提高使用性能至关重要。基于此情况,以齿轮泵泵体作为研究对象,借助ANSYS Workbench软件,在热力耦合的情况下,对3种不同散热条件下的泵体进行稳态热、结构力学和疲劳寿命分析。通过对比仿真分析结果可知泵体在额定工况条件下,采用空气自然对流换热散热效果最差,热变形和热应力最大,寿命最短;采用油冷对流散热效果比空冷好,热变形与热应力较小,寿命比空冷长;而与前两种散热相比,采用水进行自然对流换热散热效果最佳,产生的热变形和热应力最小,寿命最长。这为改善齿轮泵的散热环境和结构优化提供一定的借鉴意义。

为研究推力圆柱滚子轴承工作过程的热行为,以81107-TN推力圆柱滚子轴承为研究对象,通过APDL编程建立了“滚道-滚动体-保持架”系统的有限元模型。然后采用ANSYS/LS-DYNA模块进行了干摩擦条件下的热力耦合分析,并进行了试验验证。研究结果发现,轴承“滚道-滚动体-保持架”系统在干磨过程的接触表面等效应力和温度分布规律与试验后得到的滚动轴承滚道表面状态基本吻合。

基于弹性介质的二维本构关系和一维热传导理论，采用ANSYS有限元分析软件，依据顺序耦合法，对双材料悬臂梁在热力耦合问题进行了有限元分析．获取了其位移和应力分布，验证了顺序耦合法求解热力耦合问题的有效性，并为双材料构件热力耦合问题的研究提供了分析实例．

针对轴向柱塞泵配流副滑摩过程中由摩擦温升所引起的摩擦磨损问题,建立配流副轴对称非稳态热传导方程,利用ABAQUS有限元软件进行配流副摩擦磨损及热力耦合特性分析,并利用端面摩擦磨损试验机进行试验验证。结果表明:在滑摩初期,相比于中低压力,高压力工况更易发生磨粒磨损;随着滑摩进行,材料表面粗糙峰被磨平,加之温度上升,材料强度下降,高转速取代高压力成为接触面温度和摩擦系数增大的主要影响因素,此时的磨损机制主要为黏着磨损;在滑摩过程中,外径出现了应力集中现象,且接触压力高于内径;转速及压力对配流副摩擦温升及磨损特性的影响是非线性的,在相同PV值下,转速比压力的影响更为显著。

残余应力作为衡量磨削质量的关键指标之一,显著影响零件的表面完整性与使用性能。借助有限元软件ABAQUS,建立热力耦合仿真模型,研究不同磨削参数下表面层温度和应力分布,获得残余应力分布情况。结果表明,表面层深度方向上存在较大的温度与应力梯度,影响深度不超过1mm。随着表面层深度增加,残余拉应力逐渐减小,呈现低压应力状态,并趋于0。以45钢为试验材料,制作了嵌入热电偶的测试工装。利用切削力测量系统和热电偶测温技术,测量获得磨削力与磨削温度分布,从而验证了有限元仿真结果的可靠性。

为满足增压后汽油机的性能要求,对活塞结构进行改进。基于传热学理论和非线性有限元分析方法对活塞进行仿真分析,先将活塞、活塞销、连杆、缸套进行整体建模,并结合活塞温度测试试验对活塞的模拟温度场进行验证,再导入热载荷和机械载荷的边界条件,计算出在热力耦合作用下活塞的应力大小及分布情况。计算结果表明,结构改进后,活塞的最大应力值降低了129.63MPa,热应力和机械应力明显降低,满足增压后汽油机的使用要求,说明了改进后活塞结构是合理的。

高应变率载荷作用下金属材料的变形集中于很窄的区域内,即剪切变形局部化。局部化变形带内产生严重的塑性变形,削弱材料的承载能力,甚至导致材料断裂破坏。基于有限元分析软件FEAP（Finite Element Analysis Program）,采用混合有限元方法,用Fortran语言编译适用于金属材料在高应变率下的剪切局部化问题的新单元;计算过程中采用与应变、应变率及温度相关的塑性本构关系来描述剪切带现象,同时在能量平衡方程中考虑剪切带形成过程中的热传导作用;同时考虑显式算法与隐式算法的时间离散方法,并将两种算法的结果进行对比。结果表明,虽然剪切带形成过程很短,一般为微秒量级,但剪切带形成过程中的热扩散项与塑性变形产生的热能量级相同,有效地缓解剪切带模拟的网格敏感性;对于金属材料热塑性剪切带问题,为了满足计算精度要求,显式算法需要的时间步...

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。