齒面摩擦力的定量計算與齒輪傳動摩擦過程模擬及優(yōu)化基本信息

學科研究動態(tài)表明：齒輪傳動摩擦過程與量化研究，是齒輪摩擦學主動設計與精確分析的核心問題，也是摩擦狀態(tài)辨識與過程優(yōu)化的關鍵技術。本課題以特定場合應用的齒輪系統(tǒng)為研究對象，將理論研究、系統(tǒng)建模、數(shù)值模擬與試驗測試相結合，研究齒面摩擦力的定量計算和摩擦過程的模擬及優(yōu)化方法。根據(jù)敏感性分析發(fā)現(xiàn)的齒面摩擦力與非嚙合區(qū)力場的映射關系，提出齒面摩擦力的定量計算原理。試驗提取敏感力場數(shù)據(jù)，耦合隔代映射遺傳算法與多場有限元模擬技術，反求齒面摩擦力。通過工況分析構建運行狀態(tài)參數(shù)序列，測出主參并建制有效荷載譜。對系統(tǒng)/模型加載模擬齒輪摩擦過程，計算齒面摩擦力，分析其變化規(guī)律及對傳動性能的影響。提出基于嚙合循環(huán)周期單元的齒輪摩擦過程及摩擦性態(tài)變演模型。分析模擬結果與狀態(tài)參數(shù)的關聯(lián)性，構建有約束多參數(shù)目標函數(shù)對摩擦過程進行優(yōu)化。上述研究內容，對探索齒輪摩擦磨損機理、提高其設計制造水平等具有重要的學術價值和工程意義。 2100433B

固體表面之間的摩 擦力的來因有兩個：固體表面的分子之間相互的吸引力（膠力）和它們之間的表面粗糙所造成的互相之間的卡住?；瑒幽Σ?　F=mucdotF_N 　滑動摩擦力總是比最大靜摩擦力要小。它由垂直于摩擦面的壓力FN和滑動摩擦系數(shù)

《樁基負摩擦力的試驗模擬和計算應用》是國內外首次出版的一本關于樁基負摩擦力的著作，包括現(xiàn)場測試、室內試驗、理論計算、數(shù)值模擬和工程應用等內容。《樁基負摩擦力的試驗模擬和計算應用》收集世界各地樁基負摩擦力的實測資料，通過綜合分析對比，得出樁負摩擦力數(shù)值、中性點位置及瀝青涂層效果等方面的規(guī)律。書中提供的豐富數(shù)據(jù)，可用于相似工程?！稑痘撃Σ亮Φ脑囼災M和計算應用》以上海軟土為例，對結構材料與土的界面摩擦試驗進行全面介紹，旨在探討樁土界面處的剪力傳遞規(guī)律，求得界面剪力傳遞函數(shù)?！稑痘撃Σ亮Φ脑囼災M和計算應用》重點是論述層狀土的負摩擦力計算理論，用迭代方法尋找中性點的位置。此外，作者試圖以在書中介紹的數(shù)值模擬多方面研究的一些成果闡述相關規(guī)范中尚未能反映的內容或實踐中遇到的新問題，力求得到一些定性認識。

瑞士中部和西南部的廣大地區(qū)復蓋著一層很厚的正常固結的軟粘土。建筑物二般都來用端承樁。通常在大城市中心部分出現(xiàn)的地下水位降低，形成樁的負表面摩擦力，從而別起沉降與樁尖負荷增加。負表面摩擦力與土的不排水抗剪強度、有效超載壓力、沉降以及樁的打入等方面間的關系，都存在著很多問題。為了解決其中的某些問題，于1966年開展了此頊研究。

試驗分為三階段：第一階段觀測兩根穿過正常固結粘土打入粉土和砂中的長樁，在打樁期間與打入后的負表面摩擦力的分布與彎矩；第二階段在兩根樁上加80噸軸向荷載，并研究這個荷載對負表面摩擦力的影響；第三階段在兩根樁周圍鋪上2米厚、面積為40米×40米的碎石填料，這項研究將于1973年完成。

負表面摩擦土質情況

試驗場區(qū)40米深度內為正常固結的軟粘土，其下為粉土和砂，地表土的不排水抗剪強度為1.5噸/米²，到地下35米處增加到5.0噸/米²。地下水位與地面平齊，粘土的敏感度在15和20之間。

負表面摩擦試驗樁與量測結果

試驗采用兩根截面為800厘米²、周長為106厘米的六角形鋼筋混凝土Herhules型樁。每根樁由11.2米長的數(shù)段組成。底節(jié)裝有硬質鉆巖鋼尖。樁中心設有薄壁鋼管，內徑為42毫米，樁打入后沿管插入變位計。樁力計的電纜通過電纜管引出樁尖。澆注28天后測定樁身混凝土的平均立方塊強度為607公斤/厘米²。骨架用6根直徑為16毫米、屈服強度為60公斤/毫米²的鋼筋。樁截面的斷裂彎矩超過8.5噸米。打樁時用硬鋼連結件在現(xiàn)場將樁接起來。打樁數(shù)據(jù)表明，這些樁具有摩擦兼端承樁的作用。PⅠ樁打得比較直，測斜儀測定樁尖從其予計位置橫向偏高1.4米。PⅡ樁的樁尖偏高6.2米，靠樁尖處軸線的最小半徑為170米。實驗表明，半徑達50~100米時。將發(fā)生彎曲斷裂。

打樁引起土的移動，試驗測定了這些移動。還測得很高的超孔隙壓力。

打樁使靠近樁的地面隆起20毫米，但是隨著樁的深度增加，隆起降低，測定了深度5~6米以下土的沉降，最大的沉降(50毫米)發(fā)生在靠樁PⅡ11米深處。

打樁前測得孔隙水壓力與地下水位相當。位于地面下20.3米深處儀表的讀數(shù)表明，打樁使孔隙水壓力大大增加。最大總孔隙水壓力為40噸/米²，而相應的總垂直過載壓力為32.9噸/米²，因此所測孔隙壓力超過總過載壓力20%，距離試樁幾米遠，30.5米深處的孔隙壓力則增加很少。

每接一根新樁段時測定一次樁中的力，測定結果表明．樁打入后，樁中的力大約等于或稍微小于樁的自量，因此，打樁不會產生任何“鎖”在樁中的軸向力。

直樁PⅠ中的彎矩是很小的，在0.4和1.3噸米之間變化。PⅠ樁彎曲較大，測到較大數(shù)值距樁尖12米，位于粘土與粉土和砂的交界面處，樁的彎矩為3.2噸米，相應的樁軸曲率半徑為170米，這個數(shù)值相當于斷裂值的35%左右。深度30米和20米附近處的彎矩分別為0.9和2.4噸米，而相應的曲率半徑為220和190米。

打樁使用周圍的粘土受到擾動，予計擾動粘土的重新固結將引起土的沉降并在樁中產生向下的力。為了研究這種現(xiàn)象，在打樁后的五個月內定期觀測各種儀表的讀數(shù)。

沉降儀表表明土的移動很小，所記錄到的沉降在1～3毫米之間。

測得位于20.3米深處的超孔隙水壓力隨時間而消失，打樁150天后超孔隙水壓力為零。

樁內軸向力隨時間而變化，打樁后，軸向荷載迅速增加，兩至三周后增加的速度緩慢下來，大約八周后，上部樁的荷載增加很小。量測結果表明，樁剛打入時樁中應力比樁的自重小，但隨著時間而增加，打樁144天后，在粘土層與粉土層之交界處的樁荷載超過樁自重25～30噸，并且在打樁五個月后仍然增加。測定表明，表面摩擦力從地面為零變化到40米深處的1.4噸/米²，基本是直線上升。在此深度以下的表面摩擦阻力是正的。負表面摩擦力相當于粘土的不排水抗剪強度的17%或為土的有效超載壓力的5%。

負表面摩擦結論

試驗結果表明，負表面摩擦力是由于打樁使周圍粘土的重塑和重固結而引起的，甚至土的沉降很小也會引起負表面摩擦力。五個月后所測到的負表面摩擦力相當于粘土的平均不排水抗剪強度的17%，或為其平均有效超載壓力的5%，負摩擦所引起的軸向力被樁下部的粘土與砂層中的正表面摩擦力所抵消。予計在這個地區(qū)鋪填2米厚的碎石填料時，無疑還會產生相當高的負表面摩擦力。