建立包含转子的刷式密封三维理想切片模型,通过商用ANSYS系列软件计算了不同工况条件下刷式密封与转子的温度场分布情况,在热分析基础上进行了刷式密封热-结构耦合分析。结果表明随着上下游压差增大,刷式密封泄漏量逐渐增大,刷式密封泄漏量随着转子转速的增加呈微弱的下降趋势;在工作开始阶段的温升过程中,刷式密封的最高温度随着工作时间的增加而增加,最终达到稳定;刷丝与高速运转的转子间主要存在粘着磨损,随着时间的增加,刷丝的磨损量增加,磨损率降低。

根据传热学理论建立传热学模型,运用ANSYS有限元分析软件建立三维有限元模型和温度场,以瞬态温度场和热-结构耦合为基础,研究了不同升温速度对垫片密封性的影响。结果表明:受温度影响产生的热应力会造成法兰接头各元件应力及变形的变化,并且一定程度上会加剧垫片应力不均匀;并且升温速度越快,垫片应力下降越快,变形量增加越快,对密封造成的不良影响越大。另外本文还采用瞬态温度场对温度波动工况进行了研究,结果表明,温度波动会导致垫片内外侧变形增大而应力减小,大大降低密封可靠性。

运用ANSYS有限元分析软件,建立凹凸管法兰系统的热-结构数值模型,对系统内各组件的应力与温度对系统密封性的影响规律进行分析。结果表明:法兰管道与螺栓外侧法兰外缘所受应力相对较小,螺栓内侧法兰所受应力相对较大;在预紧、预紧+内压、预紧+内压+温度3种工况下垫片的径向应力过渡方式均为由大变小再变大的变化趋势,且在预紧工况下垫片的压应力最大;自螺栓底面至顶面螺栓轴向应力呈逐渐增大再减小的变化趋势。

为研究海底高温高压复杂工况下金属密封圈在井口连接器中的密封性能,根据传热学理论建立传热学和热力耦合数学模型,运用ANSYS建立井口连接器温度场有限元模型;在温度场数值模拟的基础上,进行稳态和瞬态热结构耦合数值模拟分析,得到油气介质压力及温度对水下井口连接器密封性能的影响。结果表明:油气介质温度越高,密封圈内部的温度梯度越大,在温度冲击影响下,连接器各零部件和密封圈之间的温差波动要大于匀速变温及瞬间变温下产生的温差波动。稳态热-结构耦合分析表明,金属密封圈会因温度升高而产生膨胀变形,并且该变形大于不施加温度载荷时的变形,说明温度载荷在特定条件下将直接影响连接器的密封特性;瞬态热-结构耦合分析表明,油气介质温度的快速变化,导致密封圈中接触面受热产生的线膨胀比外圈的线膨胀大,从而导致密封圈内部...

高速电主轴热变形问题一直是影响加工精度的重要因素。为降低电主轴的温升和轴向热伸长量,对某电主轴的热源及热边界条件进行分析,利用ANSYS Workbench软件进行热-结构耦合仿真,得到电主轴温度场和热结构耦合场;搭建实验台测试电主轴系统的温度场和轴向热伸长,验证有限元模型建立的正确性。最后选用38CrMoAl、ZrO2、Si3N4、玻璃陶瓷作为主轴材料进行热-结构耦合对比分析。结果表明:陶瓷材料在热态性能方面优于钢材,玻璃陶瓷材料热态性能最好。

在精密加工过程中,机床基础大件的热变形会引起加工误差,影响加工精度。为了降低主轴箱热变形对机床精度的影响,以龙门式铣镗加工中心GMB250主轴箱为研究对象,基于Hypermesh与Ansys Workbench为软件平台,建立主轴箱热力学模型,计算其达到热平衡状态所需时间及温度场分布,采用热-结构耦合方法,分析稳态情况下不同热源对主轴箱热变形影响,通过调整热源位置及热源温度改善主轴箱热特性,提高加工精度。

根据传热学、齿轮啮合原理、摩擦学等基本理论,采用热-结构耦合理论以及有限元仿真分析方法,建立了某航空用弧齿锥齿轮副三维有限元模型,对弧齿锥齿轮副进行了结构载荷分析和整体热-结构耦合分析,并对结果进行对比分析。最后,采用KISSsoft机械传动设计分析软件对结果进行了对比分析和验证。结果表明,最大接触应力发生在啮合面上靠近齿顶处,近似呈椭圆形分布,由于本体温度场的影响,轮齿热-结构耦合分析最大接触应力相对静态接触应力和KISSsoft中的接触应力分别增加了5.3%和7.45%,说明有限元分析结果与KISSsoft解析结果的一致性,从而为弧齿锥齿轮副的结构优化和轮齿修形提供了理论依据。

对主轴箱温度分布进行了研究,通过建立有限元模型并计算热源,利用ANSYS有限元软件对主轴箱进行稳态热分析、瞬态热分析和热-结构耦合分析,并通过实验对主轴箱热态特性进行测试。实验采用在加工过程中可直接测量的主轴中心点偏移来测量X、Y方向主轴热误差,采用Buttord算法对实验数据进行滤波处理,并绘制主轴中心点轨迹偏移图。结果表明,整个主轴箱温度场分布很不均匀,温度相差较大,主轴需400 s达到稳态热平衡;前、后轴承的温度变化趋势基本一致;主轴箱径向(Y轴)变形最大,为4.6692μm。

以热-结构耦合数值计算理论为基础，同时施加温度和力载荷边界条件，对处于高速、高压等高参数极端工况热油泵用波纹管机械密封装置摩擦副界面进行了热-结构耦合数值建模与计算分析。研究了密封环摩擦副界面的温度场特点及温度、热应力分布规律，分析了密封环在温度载荷和力载荷耦合作用下密封环的变形情况。结果表明：最高温度产生在摩擦副内径处，最大热变形在摩擦副外径处；动静环配对材料的导热系数越大，产生的最高温度就越小；在摩擦副的外径侧产生的变形有利于形成收敛型间隙。

对于液压滑阀，泄漏和卡紧相互矛盾，与阀体阀芯的配合间隙密切相关。配合间隙过大，泄漏量大，降低或丧失阀的控制功能；配合间隙过小，阀体和阀芯在压力、温度的作用下变形，极易导致阀芯卡死，使阀突然失效；因此合理设计液压滑阀的配合间隙是滑阀研制成功的关键。本文利用ANSYSWorkbenchEnvi．ronment平台，建立某大通径二位四通液动换向滑阀的三维有限元模型，采用热一结构耦合的方法，详细研究了阀体阀芯配合间隙随压力、温度及阀体壁厚变化的规律；结合材料及工况条件，对初始配合间隙和阀体壁厚进行了优化设计，在保证阀体强度、避免阀芯卡死的前提下大大降低了泄漏损失，并设计制造出样机进行试验研究，验证了优化设计结果。该优化设计方法对同类大通径滑阀的设计研发具有一定的参考价值。