在含有颗粒介质的工作环境中下,硬质材料配对机械密封环的热力耦合变形和摩擦磨损对机械密封的泄漏和使用寿命起着至关重要的作用。考虑动静环和颗粒介质的摩擦,试验测定了摩擦系数,建立了动静环热力耦合的有限元计算模型,研究了WC-Co硬质合金和无压烧结碳化硅(SSiC)陶瓷两种硬质材料密封的温度场和端面变形规律,分析了不同工况下的密封间隙变化规律。试验测试分析了密封环温度、磨损前后的泄漏及表面粗糙度,讨论了端面的磨损机理,验证了计算模型的准确性。结果表明:考虑动环磨粒摩擦热的有限元模型能准确地预测密封的温度和端面变形;耦合作用下动静环端面呈现外径脱离、内径贴合的变形,且变形差异程度随压差和转速的增大而加剧;变形导致端面磨痕分布不均匀,内径磨痕较严重。WC-Co硬质合金配对密封环的端面变形小、泄漏量小,高硬...

以镶嵌式机械密封为研究对象,通过受力分析和热传导方程,将热、力两个物理场进行耦合求解,建立机械密封动环组件热力耦合仿真模型。基于热力耦合模型计算不同应力情况下端面变形量和不同过盈量下的结合面接触应力、端面变形量,并分析动环厚度对端面温度场、应力分布以及端面变形量的影响。结果表明,热应力对端面变形的影响大于结构应力,故不能忽略热应力对机械密封组件的影响;动环过盈量增大使得端面变形量和结合面接触应力逐渐增大,动环厚度的增大使得最大温度呈下降趋势,最高温度出现在动环内径处,端面间隙由收敛型转变为发散型。因此,在对机械密封结构进行设计时,采用较小的过盈量和动环厚度,可以减少动环端面的变形量。

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。

针对双螺杆压缩机在实际工作过程中的热力变形结构特性问题,以双螺杆压缩机的阴、阳转子为研究对象,考虑转速对螺杆压缩机工作性能的影响,采用间接耦合方法通过插值技术将温度场作为体载荷施加于阴、阳转子,并进行热力耦合数值模拟分析。通过求解阴、阳转子静平衡方程,对螺杆转子在静力场、稳态温度场和热力耦合场进行模拟分析对比,得到螺杆转子的应力、变形分布规律。研究结果表明:在静应力场下,阴转子的变形量大于阳转子,且静应力的仿真与耦合场下仿真差异明显。在双螺杆压缩机工作过程中,热变形是转子变形的主要原因,且轴向的变形量最大,热分析和热力耦合情况下转子的变形趋势相同,且在耦合场下阴转子的齿面变形较大。

为适应三螺杆泵高速、高压、大流量的发展趋势,严格控制螺杆变形及其相关间隙以减少泵内泄漏是关键。以三螺杆泵为研究对象,将泵内温度场作为载荷施加在主、从动螺杆表面,并进行温度-结构耦合的数值模拟分析。研究不同工况下三螺杆泵内温度和工作扭矩使主、从动螺杆产生的变形规律,并对比与主、从动螺杆在各单独物理场作用下和耦合作用下的变形和应力变化。结果表明:主、从动螺杆的热变形比力矩变形更明显。随着工作温度升高,主、从动螺杆的热变形量增大,主、从动螺杆产生的热应力与工作温度呈正比关系;在同一工作温度下,主、从动螺杆在X、Y、Z 3个方向的变形量均增加,而Z方向的变形量远大于X和Y方向的变形量。

挖掘机用斜盘式轴向柱塞泵经常出现柱塞"卡死"的现象,造成柱塞泵滑靴脱落,回程盘碎裂,使泵无法工作。为解决此问题,需研究柱塞与缸体的最佳配合间隙值。以排量112 mL/r的柱塞泵为例,利用ANSYS-Workbench软件对不同柱塞副间隙值的柱塞与缸体的压力变形、热变形和热力耦合变形进行仿真分析,研究不同的柱塞副间隙值对泵的容积效率的影响。通过分析提出柱塞与缸孔间隙的建议取值,通过试验验证,泵不会造成"卡死"现象,同时其容积效率可以达到96%~97%。此研究对不同斜盘式轴向柱塞泵柱塞副最佳间隙的选择提供了参考。

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。

基于弹塑性热力耦合有限元法,使用Pro/E软件建立了离心管模模型,进行网格划分后导入MARC,应用MARC软件对挤压稳定性和热挤压过程进行了有限元模拟分析。通过总结离心管模热挤压三维变形规律,分析了其在热挤压过程中应力和力能参数的变化,为设计热挤压缩径专用设备提供依据。该方法对同类产品热挤压过程的研究也有借鉴价值。

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。