為了有效描述機(jī)械系統(tǒng)中的接觸-碰撞現(xiàn)象,在考慮材料屈服強(qiáng)度和初始碰撞速度的基礎(chǔ)上,提出一種變恢復(fù)系數(shù)模型,進(jìn)而建立了一種改進(jìn)的、變恢復(fù)系數(shù)的接觸-碰撞模型;隨后,分別以軸-軸承、球-球以及平面曲柄滑塊機(jī)構(gòu)為例,通過大量數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)測(cè)試,以及二者間的對(duì)比分析,對(duì)改進(jìn)模型的有效性、準(zhǔn)確性進(jìn)行了驗(yàn)證。研究結(jié)果表明,改進(jìn)的模型能夠更加準(zhǔn)確的描述間隙鉸鏈處的接觸碰撞效應(yīng),以及間隙鉸鏈對(duì)機(jī)械系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的影響規(guī)律。 

【文章來源】：振動(dòng)與沖擊. 2019,38(05)北大核心

【文章頁(yè)數(shù)】：5 頁(yè)

【部分圖文】：

接觸碰撞模型(b)內(nèi)接觸

觸剛度系數(shù)，可以表示為Ki=πE*Lδn212(ΔＲ+δ())1/2(9)式中，L為碰撞體軸向長(zhǎng)度，E*為碰撞材料的等效彈性模量，可由下式獲得E*=1－v21E1+1－v22E()2－1(10)式中，E1，2和v1，2分別為碰撞材料的彈性模量和泊松比。3接觸碰撞分析3．1算例1:軸-軸承圖2所示為軸-軸承模型，假設(shè)軸承固定，軸以0．5m/s初始速度與軸承發(fā)生碰撞;為了便于和L-N模型進(jìn)行對(duì)比分析，假設(shè)L-N模型分析時(shí)恢復(fù)系數(shù)分別為0．7、0．8和0．9。圖2軸-軸承接觸碰撞模型Fig．2Journal-bearingcontactmodel圖3所示為數(shù)值模擬結(jié)果，分析可知:①在軸、軸承間接觸碰撞和恢復(fù)過程，改進(jìn)模型模擬結(jié)果與L-N模型恢復(fù)系數(shù)為0．9時(shí)的結(jié)果更為相似，這主要是由于L-N模型更適用于恢復(fù)系數(shù)較大的工況;②改進(jìn)模型的最大變形量為5．12μm，小于L-N模型對(duì)應(yīng)結(jié)果5．65μm，但改進(jìn)模型最大接觸力為2204．5N，大于L-N模型對(duì)應(yīng)結(jié)果2038．2N，這主要是因?yàn)楦倪M(jìn)模型接觸剛度在碰撞過程是非線性變化的，而L-N模型則為定值。圖3數(shù)值模擬結(jié)果:變形-接觸碰撞力Fig．3Numericalresults:indentation-impactforce3．2算例2:球-球圖4所示為完全相同的2個(gè)鋼球發(fā)生接觸碰撞的單擺型實(shí)驗(yàn)裝置，在初始狀態(tài)，鋼球1處于豎直靜止?fàn)顟B(tài)，鋼球2以初始角度為θ0、初始速度為0在重力作用下運(yùn)動(dòng);碰撞后，兩個(gè)鋼球相對(duì)豎直位置的角度分別為θ1和θ2;2個(gè)鋼球材料參數(shù)一致，分別為:彈性模量210GPa，泊松比0．3，屈服強(qiáng)度

體軸向長(zhǎng)度，E*為碰撞材料的等效彈性模量，可由下式獲得E*=1－v21E1+1－v22E()2－1(10)式中，E1，2和v1，2分別為碰撞材料的彈性模量和泊松比。3接觸碰撞分析3．1算例1:軸-軸承圖2所示為軸-軸承模型，假設(shè)軸承固定，軸以0．5m/s初始速度與軸承發(fā)生碰撞;為了便于和L-N模型進(jìn)行對(duì)比分析，假設(shè)L-N模型分析時(shí)恢復(fù)系數(shù)分別為0．7、0．8和0．9。圖2軸-軸承接觸碰撞模型Fig．2Journal-bearingcontactmodel圖3所示為數(shù)值模擬結(jié)果，分析可知:①在軸、軸承間接觸碰撞和恢復(fù)過程，改進(jìn)模型模擬結(jié)果與L-N模型恢復(fù)系數(shù)為0．9時(shí)的結(jié)果更為相似，這主要是由于L-N模型更適用于恢復(fù)系數(shù)較大的工況;②改進(jìn)模型的最大變形量為5．12μm，小于L-N模型對(duì)應(yīng)結(jié)果5．65μm，但改進(jìn)模型最大接觸力為2204．5N，大于L-N模型對(duì)應(yīng)結(jié)果2038．2N，這主要是因?yàn)楦倪M(jìn)模型接觸剛度在碰撞過程是非線性變化的，而L-N模型則為定值。圖3數(shù)值模擬結(jié)果:變形-接觸碰撞力Fig．3Numericalresults:indentation-impactforce3．2算例2:球-球圖4所示為完全相同的2個(gè)鋼球發(fā)生接觸碰撞的單擺型實(shí)驗(yàn)裝置，在初始狀態(tài)，鋼球1處于豎直靜止?fàn)顟B(tài)，鋼球2以初始角度為θ0、初始速度為0在重力作用下運(yùn)動(dòng);碰撞后，兩個(gè)鋼球相對(duì)豎直位置的角度分別為θ1和θ2;2個(gè)鋼球材料參數(shù)一致，分別為:彈性模量210GPa，泊松比0．3，屈服強(qiáng)度518．4MPa。圖4球-球接觸碰撞模型Fig．4Sphere-spherecontactmodel為了準(zhǔn)確地對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果和實(shí)驗(yàn)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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本文編號(hào)：3021810