课程文献中心 更多>>

关键词： 永磁直线同步电机   磁致伸缩效应   电磁-结构-声场同步耦合   应力   振动噪声  

摘要： 永磁直线同步电机作为直线运动设备的核心装置被广泛应用于多个领域,如交通运输业的磁悬浮列车、国家军事行业中电磁飞机的弹射系统等。直线电机在人们的生产生活中随处可见,同时产生的振动噪声引起了人们的关注。直线电机的电磁振动同时由电磁力和磁致伸缩效应决定,考虑磁致伸缩效应时振动噪声的预测更加准确,本文主要研究直线电机初级结构基于电磁力考虑磁致伸缩效应的振动噪声。首先,设计了一台10极12槽永磁直线同步电机,初级铁心的材料选用无取向硅钢片。此外,计算了初级结构的固有频率及其模态,并分析了初级结构仅考虑电磁力时的频率加速度响应和基于电磁力考虑磁致伸缩效应后的频率加速度响应。其次,应用COMSOL Multiphysics软件分析了永磁直线同步电机的振动与噪声。实现方法采用电磁-结构-声场同步耦合的方式,材料的有效磁场包括电磁模块施加的磁场和结构场机械应力对有效磁场的贡献（称为维拉里效应）。在结构场对直线电机初级结构的应力进行了分析,包括三种情况:考虑电磁力时的应力、考虑磁致伸缩效应时的应力、同时考虑电磁力和磁致伸缩力时的应力。然后,分析了直线电机初级结构的振动加速度与振动速度特性,包括两种情况:仅考虑电磁力的情况、同时考虑电磁力和磁致伸缩力的情况。最后,分析了永磁直线同步电机在运动过程中产生的噪声,对比分析了两种情况:仅考虑电磁力的情况、同时考虑电磁力与磁致伸缩力的情况。分析了两种情况下的声场分布,并在声波集中的区域选取参考点分析了两种情况下的分贝特性。

关键词： 2K-V型减速机   轴承   应力   寿命  

摘要： 2K-V型减速机(日本称之为Rotary Vector,简称RV减速器)通过摆线针轮传动和渐开线齿轮传动结合成的行星传动方式,具有传动比大、结构紧凑、传动平稳、传动精度高、使用寿命长等诸多优点。因此,工业机器人在关节臂传动部分大量采用2K-V型减速机。目前国内生产的2K-V型减速机使用寿命与国际先进水平有较大差距,工业生产中仍需大量进口国外设备。大量理论研究和实际应用表明:2K-V型减速机寿命取决于其摆线轮与曲柄轴之间轴承的寿命。基于高精度尺寸测量、ADAMS仿真以及理论计算等手段,本文提出了一种转臂轴承寿命计算方法。(1)在额定工作载荷下,针对2K-V型减速机对摆线轮处转臂轴承载荷进行分析计算。首先,通过数值分析计算出2K-V型减速机摆线轮处转臂轴承的载荷。在此基础上,运用高精度影像测量仪测量一台某公司生产2K-V型减速机零件啮合轮廓点数据,采用三维建模软件构建减速器模型,导入ADAMS软件进行动力学计算,输出额定工况下2K-V型减速机摆线轮处轴承的实际受力。(2)根据动力学计算得到摆线轮处转臂轴承最大载荷,计算得到轴承内部最大接触应力。采用Hertz接触理论和ANSYS软件两种方式分别计算了滚子轴承内部的最大接触应力,分别为1924MPa和2023MPa,不超过许用应力要求(4000MPa)。(3)分别考虑理论和动力学计算得到的轴承随转动角度变化受力情况,融合轴承寿命计算理论以及疲劳损伤累积理论,计算2K-V型减速机摆线轮处转臂轴承的寿命。通过理论计算分析了2K-V型减速机的一些参数对摆线轮处转臂轴承寿命的影响。结果表明:2K-V型减速机型减速机摆线轮处的转臂轴承理论使用条件下疲劳寿命为6767小时,根据动力学的受力计算其寿命为2139小时。零部件制造精度对轴承寿命影响很大。利用2K-V型减速机综合性能试验台,采用加速试验模拟转臂轴承实际疲劳寿命为2600小时。计算结果与实验结果基本吻合。综上所述,本文采用理论分析和数值模拟等方法,计算得到了2K-V减速机摆线轮处轴承载荷,提出了一种轴承寿命计算方法。研究具有一定的理论意义和工程应用价值。

关键词： 腐蚀缺陷   天然气管道   沉降   应力分析  

摘要： 随着人们生活水平的不断提高,对埋地天然气管道的安全运行提出了更高要求。而我国作为一个地形地貌丰富多样的国家,人口又众多,敷设在软地基上的天然气管道,地基对其承载能力弱,随着时间推移就会发生沉降现象,运行时间长了以后管道腐蚀难以避免。本文针对此问题研究了含腐蚀缺陷的埋地天然气管道沉降过程的应力分析,希望能得到一个更贴合实际的用于此种情况发生时评价管道剩余强度方法,对管道设计者、施工人员和运营管理者提供理论指导。本文在总结了国内外沉降和腐蚀的有关理论和方法的基础上,结合实际工程数据,考虑到埋地天然气管道与土壤间的相互作用,运用专业的非线性有限元软件分析含腐蚀缺陷的埋地天然气管道在沉降过程的应力状态。主要做的工作包括:(1)腐蚀缺陷管道的评价方法:从腐蚀的本质出发,认真查询并归纳了现有的腐蚀管道评价方法,通过观察评价公式的区别,分析了各个方法的不同与好坏,最后选择采用最为贴近实际情况的评价方法;(2)基于沉降理论建立力学模型:从弹性力学的角度进行埋地天然气管道沉降理论受力分析,分析的过程中对管土力学模型作了一些简化或假设。然后根据理论公式与有限元计算的数值比较验证有限元方法的可靠性;(3)从原理上理解有限元分析方法,详细分析了非线性接触问题以及阐述管土的本构关系及其相互作用,揭示了选择ABAQUS的原因,最后通过ABAQUS有限元验证了其他学者的有限元结果,证明构建的有限元计算模型较为准确;(4)数值模拟:详细说明了建模步骤及载荷与边界条件的设置和建模过程中需要注意的问题,通过大量运算数据得出完整管道沉降过程的应力分析,进一步地完成含腐蚀缺陷埋地管道沉降过程应力分析;(5)拟合评价公式:用有限元分析结果数据进行评价公式拟合并验证了公式的正确性,用来评价含腐蚀缺陷的埋地天然气管道沉降的剩余强度。此评价公式对管道力学的安全分析提供较好的帮助。

关键词： 工程力学   课程思政   社会主义核心价值观  

摘要： 鉴于《工程力学》课程思政的重要性和必要性,重点研究了《课程力学》课程思政的教学模式及其实践逻辑,以实现对学生的社会主义核心价值观的全面塑造。

关键词： 激光淬火强化   温度场   应力场   硬度分析   显微组织   摩擦磨损  

摘要： 中国是全球最大的城市轨道交通和城际高速铁路建设市场,盾构机市场需求巨大,但是国产盾构机刀具表面性能与国外仍存在较大的差距。武汉某钻具股份有限公司是国内最大的盾构机刀具制造商之一,所生产盾构机滚刀材质采用KDCMSV特种钢,现使用传统调质处理提升表面性能,硬度低、耐磨性差,使用寿命短。激光淬火是一种新型表面强化技术,利用急热急冷的特性,花费较小成本,大幅提高工件表面硬度、耐磨等性能。然而,激光淬火性能受到不同工艺参数的影响,传统上通过反复实验总结经验选取加工参数,优化性能有限,耗费成本高、时间长。本文采用有限元仿真模拟、实验对比等新方法研究盾构刀具激光淬火强化,并获得较优工艺参数。本文的主要内容如下:（1）针对未调质处理的KDCMSV特种钢滚刀,使用ANSYS Workbench建立激光淬火的有限元模型和热弹塑性模型并进行仿真分析,根据金属热处理理论确定硬化层尺寸并与实验结果对比分析,发现最高温度不超过熔点时平均误差为5.43%,具有较大的准确性,并通过应力场分析激光淬火的应力分布;（2）根据模拟的参数对调质前后的特种钢分别进行实验,运用光学显微镜和电子显微镜观察硬化层、过渡区、基体的显微组织差异,分析激光淬火硬化的机理。实验结果显示,调质处理后的刀具的激光淬火效果更好,最佳工艺参数为激光功率2200W、扫描速度45 mm/s、离焦量3 cm;（3）通过直线往复滑动摩擦实验测试空白组与不同激光表面淬火工艺下硬化层的耐磨性能。使用称重法根据磨损量确定耐磨性,采用超景深三维显微镜和扫描电子显微镜观察磨损的表面形貌,并分析磨损的机理。实验结果显示:调质处理+激光淬火后,磨损量最小为调质处理前的10.8%,是调质处理后的41.7%,几乎为完全的磨粒磨损破坏机制,其磨损表面的微观形貌表现为明显的犁沟现象和少量的脆性断裂解理面。

关键词： 边坡工程   三维边坡   应力场   空间滑移面   下滑矢量   安全系数   稳定性控制  

摘要： 为更好地将数值方法应用于边坡稳定性计算,提出一种基于应力场柱网离散式三维边坡稳定性控制分析方法。在完成三维边坡数值计算的基础上,将三维边坡的长、宽和高所围成的最小立方体划分为m×n×k个立方体网格,并使平面位置相同的方格沿高度方向串联成m×n个条柱,构建出三维边坡条柱网格和数值计算单元网格并存的空间坐标体系。首先,通过搜索任意第i个立方网格中心点对应的数值计算单元,实现了数值应力场网格化离散;其次,提出了基于滑面上下滑方向剪应力的安全系数表达式,推导了柱网内任意滑移面上下滑方向矢量的求解方法,并建立方格网内最小安全系数的计算模型;再次,提出了基于安全系数与变形组合控制的滑移面搜索条件和搜索模式,通过搜索最符合控制条件的潜在滑移网格,得到了三维边坡空间滑移面;最后,通过典型算例,验证了该方法的可行性、合理性及优越性,并分析了空间效应对三维边坡安全系数和变形的影响,得到了可控条件下安全系数与位移相关曲线。研究结论对复杂工况下三维边坡稳定性及安全控制的数值计算研究具有重要的科学意义和应用价值。

关键词： 场站管道   地基冻胀   应力监测   应力分析   位移预警  

摘要： 油气管道是国家能源输送最安全有效的方式。城市燃气门站是其中重要的一环,将上游输送来的高压天然气降压后输往下游,冬季用气量增加时,场站调压会使天然气温度骤降,进而造成埋地管道周围土壤冻结将场站管道抬升即管道冻胀。管道在冻胀作用下导致局部区域应力过大,威胁场站管道的安全运营,因此对场站管道进行应力安全评估尤为重要。以往关于场站管道的应力分析,往往是依靠有限元模拟及经验公式,并没有掌握场站管道的真实变形情况,缺乏合理性。本文将应力监测系统应用于场站管道,结合监测数据及有限元模拟结果,对场站管道在冻胀作用下的应力安全状态进行了分析。具体研究内容和成果如下:(1)基于智慧管网理念及物联网相关技术,搭建出应用于油气管道的应力在线监测系统,阐述了监测系统的工作原理;设计悬臂梁试验验证监测系统的测试精度、线性度、长期监测的稳定性及温度对测值的影响,试验结果表明该监测系统的可靠性满足工程实际要求。(2)通过对比有无监测系统时分别获取场站管道应力场的方法,阐述了场站管道安装监测系统的必要性及工程意义,制定出了场站管道的监测方案即监测截面的选取和截面上应变计的布设方式;通过分析轴向监测数据与管道轴向应力之间的关系,建立了基于轴向监测数据的应力预警模型。(3)选取某一城市燃气门站,长期监测了其中一段冻胀管道,获取其监测期间的变形及应力情况;以监测数据为依据,通过有限元模拟的方式识别出场站管道的冻胀模式,反演出场站管道较真实的应变场分布,并进一步计算出该方法的识别精度。(4)依据真实情况,建立场站管道的三维有限元模型,采用有限元模拟的方式评估了监测期间该场站管道的安全状态,并以管道材料屈服应力的50%作为许用应力,计算出该场站管道冻胀作用下的位移预警值为38 mm,进一步研究了管道参数及土壤性能对位移预警值的影响。

关键词： Q345qD   裂纹   热塑性   拉速   温度场   应力场  

摘要： 目前,国内某钢厂生产的Q345qD铸坯角部裂纹和表面横裂纹发生率较高,严重影响其连铸生产顺行和产品质量。本文利用Gleeble-3500热模拟试验和Factsage7.0、扫描电子显微镜、红外热像仪、ANSYS有限元软件等手段对某钢厂生产的Q345qD铸坯裂纹形成原因、高温热塑性及温度场、热应力场规律进行研究,得到的主要结论如下:(1)通过对Q345qD铸坯裂纹形貌和夹杂物分析可知,其铸坯表面横裂纹、角裂纹的开裂形貌主要为锯齿状,属于典型的脆性开裂,其裂纹处未发现大型夹杂物,表明其裂纹形成与夹杂物基本无关,可能与在脆性敏感温度区间过度变形有关。(2)通过高温热塑性试验得出,随着拉伸变形温度的降低,Q345qD钢的断面收缩率呈现先提高后减小的趋势。Q345qD的第Ⅰ脆性区间为熔点～1250℃,高温塑性区间为1200℃～900℃,第Ⅲ脆性区间为850℃～800℃(或更低);Q345qD钢铸坯角裂的形成可能与其连铸二冷8、9段铸坯内、外弧角部温度处于脆性温度区间且进行了静态压下有关。(3)通过Q345qD铸坯三维温度场模拟得出,拉速对铸坯温度场、凝固终点和中心固相率的影响较大,其次为二冷比水量,而板坯宽度和过热度的影响相对较小。提高拉速会导致其铸坯凝固终点后移和液相穴深度拉长,拉速提高0.1m/min时,凝固终点后移约2.7 m,且铸坯在连铸二冷7段末、8段末和9段末铸坯宽面中心温度分别增加23℃、28.3℃和61.3℃,铸坯窄面中心温度分别提高62.3℃、63.6℃和65.2℃。因此可通过优化拉速或二冷比水量避免Q345qD铸坯在热裂纹敏感区间进行矫直而导致裂纹的生成,或避免其铸坯在静态压下时铸坯内、外弧角部温度处于脆性温度区间导致生成表面横裂纹和角部裂纹。(4)通过Q345qD铸坯三维热应力场模拟得出,其全铸流全尺寸铸坯的热应力场分布很不均匀,最大热应力集中在弯曲段往矫直段过渡部分铸坯角部,易导致该区域铸坯角部产生裂纹。(5)通过在Q345qD连铸二冷矫直段增加压缩空气(增加一根管子吹气,压力为4 bar)吹掉铸坯表面积水和降低二冷比水量(比水量由0.4 L/kg降至0.35L/kg),显著降低了其铸坯裂纹发生率,2020年裂纹发生率相对2019年降低约54.81%,2020年北侧角裂发生率相对2019年降低约73.03%。

关键词： 清管系统   批处理   逻辑图   封装   热膨胀   应力  

摘要： 清管系统是广泛应用于精细化工装置的一种成套设备,本文通过对清管系统控制策略集成到批处理控制系统的方法论述,皮碗速度控制,清管系统管道热膨胀应力分析等实践,提供了成套设备在工程设计和施工中遇到此类问题的解决方案

关键词： 盘式制动   改性聚酰亚胺   温度场   应力场  

摘要： 盘式制动过程是通过摩擦产生的制动阻力阻止了车轴的继续转动,最终实现列车减速及停车的过程。在这整个制动过程之中,制动盘和闸片会产生非常大的热量,而研究怎么将产生的热量传递到空气之中就是制动盘使用寿命以及安全的关键所在。这其中就有几种方式对制动盘的散热性能进行改进:（1）改变闸片和制动盘的材料,从而使闸片和制动盘的摩擦磨损达到更优的状态;（2）改变制动盘内部的散热结构,从而使制动盘的散热得到更好的提高。本文设计制备了低速列车制动的树脂基合成闸片材料,并对该合成闸片材料的摩擦磨损机理进行研究。接着对不同结构制动盘在相同制动过程中的温度场和应力场进行分析,为优化制动系统在工作中的稳定性和安全性做了一定基础的研究。经过研究得出结论:（1）通过硅烷偶联剂合成TiO2修饰的还原氧化石墨烯（Ti O2@RGO）,将Ti O2@RGO作为聚酰亚胺（PI）的填充颗粒制备聚酰亚胺合成闸片,并系统研究了改性聚酰亚胺合成闸片材料的摩擦磨损性能,并且与填充颗粒为RGO的聚酰亚胺材料对比,加入Ti O2@RGO的聚酰亚胺材料的摩擦磨损以及压缩性能明显更加优秀。这主要的原因是Ti O2@RGO的加入使聚酰亚胺材料的疲劳磨损和磨粒磨损得到了降低。可以看出,在较高的载荷之下,改性聚酰亚胺材料的磨损率仅仅只有纯聚酰亚胺材料的1/10。接着对导致这个良好性能的原因进行探查分析,改性聚酰亚胺的非常好的性能归结于内部填料Ti O2@RGO的独特立体结构和还原氧化石墨烯和二氧化钛之间的化学键,这种独特的结构能够将裂隙阻拦,使聚酰亚胺复合材料的磨损变得很小。（2）采用改性聚酰亚胺合成材料闸片和球墨铸铁制动盘,在Abaqus工程模拟软件中,将整个刹车过程仿真模拟。研究了直线肋板式制动盘（制动时间是50s,刹车开始的速度:152.6km/h）,模拟过后得到了温度场和应力场。对比温度场和应力场发现,制动盘的中心区域温度升高较快并且在制动35s左右的时候温度达到了最高的328℃。可以从制动盘的径向温度看出,制动盘主要被分为中心区域,次中心区域,过渡区域以及边缘区域,边缘区域的温度在制动期间一直上升,而其他三个区域温度呈现先上升后下降,有一个最大温度值。从周向温度可以看出,单元温度只和所在区域有关。（3）对制动盘内部结构进行优化,对比研究了曲线肋板式制动盘和圆柱直线式制动盘。从结果产生的温度场和应力场中,我们可以发现曲线肋板式制动盘和圆柱直线式制动盘的温度都低于直线肋板式制动盘,而且曲线肋板式制动盘的最高温度相比与直线肋板式制动盘的最高温度降14.6℃。