基于ABAQUS的扭转复合微动数值模拟

论文摘要

工程实际应用中,微动现象十分复杂,相对位移模式往往不是单一的切向、径向、转动或者扭动,更有可能出现的是两种或者两种以上基本模式的复杂运动形式。但是目前的研究主要集中在切向微动模式,对复合微动模式的研究甚少,扭转复合微动是扭动和转动微动模式的复合,是造成一些回转体部件失效的直接原因,因此,开展对扭转复合微动数值模拟的研究对基础理论和工程应用具有重要意义。本文以实验研究为基础,在有限元软件ABAQUS中建立三维球(GCr15轴承钢)/平面(LZ50钢)接触弹塑性有限元模型,通过改变球体旋转轴与平面法向的倾斜角度,实现球/平面接触的扭转复合微动模式。分别研究了不同倾斜角与角位移幅值对接触应力、相对滑移量、动力学曲线、塑性应变和接触状态等微动摩擦学关键参数的影响规律,并结合实验数据,对模型的模拟结果进行验证。研究获得的主要结论如下：1.完全滑移状态下,角位移随倾斜角的增大而减小,并满足无量纲扭动转动分量平方和为一的规律。2.倾斜角显著影响了接触应力分布,与纯扭动微动和纯转动微动相比,扭转复合微动的损伤呈现明显的非对称性。3.倾斜角的增加,一侧塑性应变逐渐消失,而随着角位移的增加,该侧的塑性变形又从新出现；倾斜角和角位移较小时,塑性应变增加缓慢,倾斜角和角位移较大时,结果相反,并迅速达到稳定。4.反向加载时,接触状态演化规律不同,可将扭转复合微动的接触状态归纳为两种形式。1)第一类形式：粘着区以一定点为中心收缩或扩展。2)第二类形式：反向加载后,粘着中心突变到另一端,随着角位移的增加,沿直径又回到此侧,如此反复进行。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 微动摩擦学基本概念
• 1.1.1 微动的基本概念与分类
• 1.1.2 微动的运行模式分类
• 1.1.3 微动的损伤机理
• 1.1.4 微动的判别与微动区域的影响因素
• 1.2 接触问题的理论分析
• 1.2.1 二维平面弹性半空间
• 1.2.2 Hertz接触
• 1.3 接触问题的数值分析方法及其发展现状
• 1.3.2 有限单元法
• 1.3.3 接触问题的有限元法
• 1.3.4 接触问题的其它计算方法
• 1.4 论文的选题意义和研究内容
• 1.4.1 论文的选题意义
• 1.4.2 论文的研究内容
• 第2章 微动接触问题的建模方法
• 2.1 引言
• 2.2 微动问题的有限元建模
• 2.2.1 有限元软件ABAQUS概况
• 2.2.2 ABAQUS建立接触问题有限元模型的过程
• 2.3 二维转动微动问题实例分析
• 2.3.1 问题描述
• 2.3.2 建模
• 2.3.3 结果与讨论
• 2.3.4 小结
• 2.4 高速轮轴过盈配合弯曲微动问题实例分析
• 2.4.1 高速轮轴微动损伤特点简述
• 2.4.2 车轴设计考虑因素
• 2.4.3 提高车轴寿命的措施
• 2.4.4 研究对象
• 2.4.5 三维建模
• 2.4.6 结果与讨论
• 2.4.7 小结
• 第3章 三维弹塑性扭转复合微动
• 3.1 引言
• 3.1.1 扭转复合微动的研究意义与发展现状
• 3.1.2 研究内容
• 3.2 扭转复合微动建模
• 3.2.1 塑性理论基本概念
• 3.2.2 几何参数
• 3.2.3 材料参数
• 3.2.4 建立有限元模型
• 3.2.5 加载与求解
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 倾斜角与完全滑移转角的关系
• 3.3.2 接触应力与滑移量
• 3.3.3 塑性累积应变
• 3.3.4 动力学曲线
• 3.3.5 接触状态
• 3.4 本章小结
• 结论
• 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文