基于功能區(qū)規(guī)劃的梯度復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及性能分析.pdf

1、在航空航天、生物醫(yī)療、機(jī)械等領(lǐng)域快速發(fā)展對(duì)某些零件提出更高要求，有些零件要求同時(shí)具備抗磨損、抗疲勞、抗沖擊以及耐高溫的功能，單一材料難以達(dá)到多功能要求?；诠δ軈^(qū)規(guī)劃對(duì)零件進(jìn)行材料設(shè)計(jì)是提高機(jī)械零件性能的方法之一。
　　論文提出了按功能區(qū)來劃分結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思想，以Hertz接觸理論為依據(jù)，運(yùn)用有限元分析軟件ANSYS建立了在不同工況條件下的理論分析模型，分析了模型在不同工況條件下應(yīng)力分布。根據(jù)功能區(qū)規(guī)劃的設(shè)計(jì)思想，基于模型的功能要求

2、，劃定模型表面功能區(qū)，對(duì)功能區(qū)選擇具有相應(yīng)功能的材料，為了提高結(jié)構(gòu)整體的結(jié)合性能，在功能區(qū)與基體間設(shè)計(jì)合理的梯度復(fù)合結(jié)構(gòu)，分析梯度復(fù)合結(jié)構(gòu)的厚度、中間層數(shù)及結(jié)構(gòu)形式對(duì)模型的應(yīng)力分布的影響。本文主要開展不同模型在不同工況條件下梯度復(fù)合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，探究梯度復(fù)合結(jié)構(gòu)對(duì)模型應(yīng)力分布影響，主要研究工作如下：
　　在靜態(tài)接觸集中力載荷的工況條件下，建立了剛性小球接觸具有梯度復(fù)合結(jié)構(gòu)圓柱體模型，功能區(qū)及梯度復(fù)合結(jié)構(gòu)沿圓柱體軸向方向呈層狀分布?；?/p>

3、于圓柱體的表面抗磨損功能要求，劃定圓柱體表面0.02mm的厚度為抗磨損功能區(qū)，在圓柱體表面抗磨區(qū)與基體間設(shè)計(jì)厚度為0.08mm，中間層為8層的線性梯度復(fù)合結(jié)構(gòu)就能避開最大Mises應(yīng)力發(fā)生在表面強(qiáng)化區(qū)，適當(dāng)避開梯度區(qū)，從而防止圓柱體表面抗磨區(qū)在靜態(tài)接觸集中力載荷作用下脫落。
　　在溫度載荷及靜態(tài)接觸集中力載荷的工況條件下，建立了剛性圓柱體接觸具有梯度復(fù)合結(jié)構(gòu)圓柱體模型，功能區(qū)及梯度復(fù)合結(jié)構(gòu)圍繞圓柱體中心沿厚度方向呈層狀分布?；趫A

4、柱體的表面抗磨損功能要求，劃定圓柱體表面0.02mm的厚度為抗磨損功能區(qū)，在圓柱體表面抗磨區(qū)與基體間設(shè)計(jì)厚度為0.08mm，中間層為8層的線性梯度復(fù)合結(jié)構(gòu)就可有效降低圓柱體模型表面抗磨損功能區(qū)與基體間Mises應(yīng)力突變，改善圓柱體應(yīng)力分布特征，從而防止圓柱體表面抗磨區(qū)在溫度載荷及靜態(tài)接觸集中力載荷作用下脫落。
　　在溫度載荷及靜態(tài)接觸集中力載荷的工況條件下，建立了輪軌接觸模型，功能區(qū)及梯度復(fù)合結(jié)構(gòu)圍繞列車車輪中心沿厚度方向呈層狀分

5、布?；诹熊囓囕啽砻嬗锌鼓p功能要求，劃定列車車輪表面1.0mm的厚度為抗磨區(qū)，在列車車輪表面抗磨區(qū)與列車車輪基體之間設(shè)計(jì)厚度為2.0mm，中間層為8層的線性梯度復(fù)合結(jié)構(gòu)就能大幅降低抗磨區(qū)與列車車輪基體界面結(jié)合處的Mises應(yīng)力突變，改善列車車輪應(yīng)力分布特征，從而防止列車車輪表面抗磨區(qū)在溫度載荷及靜態(tài)接觸集中力載荷作用下脫落。
　　在本文梯度復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能分析中，前兩種梯度復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用的是圓柱體模型，最后是以具體應(yīng)用對(duì)象列