通过具体工程实例采用大型有限元分析软件COSMOS／M进行滑坡稳定性分析计算，详细介绍了滑坡稳定性分析有限元法的基本原理，并通过二次开发程序实现有限元模型建立、边界条件处理以及滑坡稳定安全系数计算。计算中首次采用硬弹簧和软弹簧描述滑坡体滑动面接触摩擦模型，考虑滑动面上出现裂纹后应力释放与应力重分配进行迭代计算，得到滑坡体处于极限平衡状态时应力、应变、位移分布等信息，通过这些信息计算出滑坡体稳定安全系数并进行滑坡体稳定性分析。分析结果表明采用有限元法进行滑坡稳定性分析更接近滑坡体实际受力状态，滑坡体稳定安全系数更符合实际情况，并可通过滑坡体内部拉应力区分布找出滑坡体的薄弱部位，判断滑坡趋势，从而有效指导滑坡治理．

橡塑往复密封的密封寿命通常是通过膜厚、承载力、泄漏率、磨损率等参数以表征。为获取上述参数,佐治亚大学SALANT提出橡塑往复密封模型建立和数值计算求解流程。为更好地理解与应用该方法,从橡塑往复密封物理结构、数值求解流程、Reynolds方程建立、方程约束边界建立、GW接触模型建立、力载平衡等6个方面系统地分析其特点与不完备之处,并从6个方面探讨数值求解流程和数值模拟的修正方法;提出密封模型修正方法,给出修正后密封数值求解流程,使得计算结果更好地与实际工作性能相吻合,并能较好地揭示密封机制。

针对机械密封运转过程中平均膜厚的变化规律,采用重构分形接触模型表征端面形貌,结合机械密封泄漏率预测模型,建立了平均膜厚预测模型。使用Mathematica软件对给定工况下机械密封的泄漏率和平均膜厚进行理论计算,分析不同参数条件下泄漏率和平均膜厚的变化趋势。研究表明:当分形维数较小时,尺度系数减小、材料系数增大和端面比载荷增大均可使平均膜厚减小,但材料系数变化对平均膜厚数值的影响幅度较小,而尺度系数和材料系数减小、端面比载荷增大可导致泄漏率降低;当分形维数大于1.69时,机械密封端面比载荷和材料性能参数对泄漏率和平均膜厚的影响可忽略不计。

针对航空发动机石墨浮环密封端面磨损问题,基于修正的分形接触理论及Archard磨损理论,从微观角度推导出石墨浮环密封端面的分形磨损预估模型,并采用文献实验数据验证模型的合理性。最后通过数值仿真方法分析研究表面形貌参数及工况参数对浮环密封端面磨损率的影响规律。研究结果表明:石墨浮环密封端面磨损率随着分形维数的增加,先增大后减小,当分形维数处于1.45~1.65时存在最小磨损率;当分形维数一定时,石墨浮环密封端面的磨损率随表面特征尺度、摩擦因数及浮环滑移速度的增大而增大;石墨浮环密封端面的磨损率主要与频率指数最小等级及后续的7个等级微凸体相关,其余微凸体对整个浮环密封端面的磨损率影响可忽略不计。

密封结构失效导致的泄漏故障已成为影响产品使用可靠性和安全性的关键因素之一,因此开展密封失效研究已成为当前的热点和难点。针对接触式密封结构泄漏研究所包含的表面接触问题与密封界面渗流问题两部分内容,介绍了Hertz接触模型、统计学接触模型以及分形接触模型,并对3种经典的接触模型的优缺点进行了评述;梳理了基于分形理论、多孔介质理论以及逾渗理论等3种常见的密封泄漏模型的研究现状。总结了基于人工神经网络、数值仿真计算和格子玻尔兹曼等3种未来可能在密封结构泄漏研究领域出现的研究热点方法,为密封连接系统的设计和密封界面的机械加工提供了理论依据和指导。

针对干气密封摩擦界面复杂多变的弹塑性变形阶段,基于微凸体在变形全过程满足连续性、光滑性和单调性的特点,通过余弦函数来探究接触面变形量与接触特性之间的关系,建立了具有光滑连续特性的微凸体弹塑性接触模型,然后基于统计学理论,建立摩擦界面整体接触模型,最后将所建立的模型与GW模型、CEB模型、ZMC模型、KE模型和Li模型五种经典模型进行对比分析,并通过理论分析与数值求解得到干气密封摩擦界面的力学特性及影响因素。结果表明:该模型实现了微凸体在变形全阶段的连续性、光滑性和单调性;接触载荷、接触面积和接触刚度与无量纲接触变形量成正相关;与无量纲表面平均接触距离成负相关,且无量纲表面平均接触距离越小,其粗糙表面发生塑性变形的比重就越大;为使干气密封动环和静环更加可靠平稳地运行,应保证动环和静环的接触面尽...

针对汽车前纵梁耐撞部件吸能盒结构形式,研究了功能密度梯度泡沫铝填充铝合金锥管在低速冲击下的耐撞性模型优化。通过对泡沫铝填充锥管的轴向低速压溃仿真分析,获得仿真变形状态、载荷及比吸能量对位移的曲线,并对比分析仿真和实验数据,证明仿真模型的有效性。以泡沫铝内核与锥管的接触强度为研究对象,研究其对泡沫铝填充锥管吸能性能的影响。最后提出基于强粘结接触模型的含有诱导槽的功能密度梯度泡沫铝填充模型,并研究其耐撞性。研究表明,具有诱导槽的强粘结泡沫铝填充锥管在碰撞中的峰值载荷更低,载荷变化更平稳,比吸能更大,是一种在汽车制造工程应用中可以考虑的新型吸能结构。

核设备设计受诸多条件约束,采用侧壁开孔加强圈角焊连接的结构很常见。当对此类结构进行有限元应力分析时经常会遇到如下困扰：1）是否有必要考虑筒体与加强圈之间的接触;2）使用当量球壳等效该非对称结构是否会过分保守。文中详细比较了采用二维接触/非接触模型以及二维/三维模型的应力分析结果。结果表明对侧壁开孔结构加强圈区域的接触只在其附近存在有限影响,应力分析中可不考虑筒体外侧与加强圈内侧的接触。而采用当量球壳等效简化此类非对称结构进行应力分析有时会过度保守。