船艦用大型橡膠聯(lián)軸器彈性元件溫度場研究

針對船艦用大型橡膠聯(lián)軸器由于承載大，橡膠塊部件變形大，加上橡膠材料非線性等特點，對其進行溫度場有限元仿真分析難收斂問題，根據(jù)解耦原理，結(jié)合節(jié)點等效算法，從理論上建立了橡膠材料熱分析有限元數(shù)學模型。以某款膜片橡膠聯(lián)軸器為例，對其橡膠元件進行熱分析，了其穩(wěn)態(tài)溫度場分布及瞬態(tài)溫度場曲線，采用小二乘法對結(jié)果研究發(fā)現(xiàn)，較大溫升與加載轉(zhuǎn)矩成拋物線關(guān)系、與加載頻率成線性關(guān)系，仿真結(jié)果與預(yù)測結(jié)果具有良好的一致性，說明了這種方法的可行性，對其實際工作有指導性的意義。

橡膠因其本身擁有較好的阻尼性能與彈性性能，使其成為滿足聯(lián)軸器各向性能的理想材料，但是，也因為其較好的阻尼性能，使其在工作中將動態(tài)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的能 量轉(zhuǎn)化為大量的熱功耗，若這些熱量不能及時充分地傳遞到環(huán)境中，則會對于橡膠塊部件有不同程度的影響，輕則使試件性能下降，重則會導致試件損壞，因而對橡膠聯(lián)軸器的生熱和傳熱問題具有較高的研究價值。目前的研究較多地將精力投注在了橡膠本身的一些性質(zhì)上，對聯(lián)軸器的研究往往地關(guān)注于其力學性能，對其熱學性能研究較少，而將橡膠的生熱問題與聯(lián)軸器的工作情況進行綜合起來分析研究的著作更少，因此對于聯(lián)軸器的生熱模型研究、傳熱模型構(gòu)建，以及溫度場分布的研究，現(xiàn)階段尚有較大的探索空間。顧智超等采用等強度理論對LS2110型高彈性聯(lián)軸器的橡膠元件進行了分析，取得了研究成果，但是該方法認為每個單元的生熱率都一樣，因此仿真模型有待進一步改進，目前對承受大轉(zhuǎn)矩船艦用橡膠聯(lián)軸器溫度場分析的相關(guān)文獻鮮少見刊。1981年通用公司的Whicker、Segal—man、Browne等人首先采用解耦的方法將滾動輪胎的熱力耦合分析分 解為變形分析、損耗計算和熱傳導分析，為輪胎溫度場的有限元分析建立了基本框架。但受當時有限元理論和計算條件的限制，他們在分析中只能采用比較粗糙的網(wǎng)格，計算結(jié)果也不夠準確；但這種求解思想仍廣泛的認同并有所發(fā)展。吳福麒等根據(jù)解耦的分析思想，進行了轉(zhuǎn)鼓試驗下滾動輪胎穩(wěn)態(tài)溫度場的有限元分析。用實測的輪胎內(nèi)部點的穩(wěn)態(tài)溫度對有限元的分析結(jié)果進行了驗證，二者的一致性表明了該分析方法的性。針對船艦用大型橡膠聯(lián)軸器由于承載大，橡膠塊部件變形大，加上橡膠材料非線性等特點，對其進行溫度場有限元仿真分析難收斂問題，提出了一套分析方法——根據(jù)解耦的思想，結(jié)合節(jié)點等效法，編程計算節(jié)點生熱率，作為內(nèi)熱源，建立了熱分析數(shù)學模型，本文以某款膜片橡膠聯(lián)軸器為例進行了20種不同工況下的溫度場分析，根據(jù)計算結(jié)果，采用小二乘法建立了高溫升與加載轉(zhuǎn)矩的估算公式，對新的工況進行預(yù)測，發(fā)現(xiàn)預(yù)測結(jié)果與有限元分析結(jié)果有較高的吻合度，說明了這種方法的合理性。

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