ansys磨損分析

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1、word資料下載可編輯用有限元的方法模擬滑動(dòng)摩擦磨損摘要磨損往往是影響產(chǎn)品壽命的一個(gè)主要因素。因此磨損預(yù)測(cè)就成為工程的一個(gè)重要部分。這篇論文介紹了用有限元軟件ANSYS來(lái)模擬磨損的方法。用線(xiàn)性磨損定律和歐拉解析積分提出了一個(gè)模型化的模擬程序。然而，還要考慮保證模型的正確性和數(shù)學(xué)方法的收斂性。分別用實(shí)驗(yàn)和有限元的方法分析了球形pin-on–disk系統(tǒng)在沒(méi)有潤(rùn)滑條件下的接觸問(wèn)題，使用了Lim和Ashby磨損圖來(lái)區(qū)分磨損機(jī)理。在給定幾何尺寸和載荷的條件下，可以用有限元的方法模擬磨損，得到磨損率對(duì)滑動(dòng)距離的對(duì)應(yīng)關(guān)系。有限元軟件ANSYS非常適合解決接觸問(wèn)題

2、和磨損模擬。實(shí)際磨損率的分布范圍在±40-60%的界限內(nèi)會(huì)導(dǎo)致磨損模擬結(jié)果相當(dāng)大的偏離。因此這些結(jié)果必須在一個(gè)相對(duì)的值上進(jìn)行估測(cè)，從而比較不同的設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：磨損模擬；FEA；磨損試驗(yàn)；接觸溫度1．緒論摩擦副之間最可靠的摩擦學(xué)行為的知識(shí)可以通過(guò)做磨損實(shí)驗(yàn)來(lái)獲得。然而，當(dāng)特別是設(shè)計(jì)改變時(shí)需要在日常的內(nèi)部程序基礎(chǔ)上進(jìn)行迅速的估測(cè)。已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究工作來(lái)幫助設(shè)計(jì)者實(shí)現(xiàn)這一步。已經(jīng)證實(shí)一個(gè)給定系統(tǒng)滑動(dòng)磨損的主要參數(shù)是接觸載荷和相對(duì)滑動(dòng)速度。速度由機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)來(lái)決定。系統(tǒng)載荷怎么影響接觸應(yīng)力是很復(fù)雜的一個(gè)問(wèn)題。第一個(gè)分析兩個(gè)彈性實(shí)體接觸應(yīng)力的人是赫茲。他認(rèn)為接

3、觸體是彈性的，接觸部分為橢圓形，而且沒(méi)有摩擦的。這些假設(shè)被用在接觸應(yīng)力的計(jì)算中。磨損發(fā)生在機(jī)械構(gòu)件相互接觸時(shí)。一個(gè)重要的實(shí)際問(wèn)題是在給定的時(shí)間里有多少的材料損失。由于功能和加工誤差等表面的形狀是不同的。而且會(huì)因?yàn)槟p和彈性變形而改變。因此壓力的分配就依賴(lài)于這些條件。有限元的方法是一個(gè)通用的工具來(lái)解決應(yīng)力應(yīng)變的問(wèn)題。這篇論文使用有限元軟件ANSYS5.0A分析了接觸壓力和磨損模擬。2.磨損模型磨損過(guò)程可以認(rèn)為是動(dòng)態(tài)的，由許多參數(shù)決定，這個(gè)過(guò)程的預(yù)測(cè)可以看作是一個(gè)初始值的問(wèn)題。從而磨損率就可以由一個(gè)總的方程來(lái)描述。dh/ds=f(載荷，速度，溫度，材料參

4、數(shù)，潤(rùn)滑，….)h為磨損深度（m），s為滑動(dòng)距離（m）。文獻(xiàn)中可以查到很多磨損模型。這些數(shù)學(xué)表達(dá)多種多樣，從簡(jiǎn)單的經(jīng)驗(yàn)式到復(fù)雜的依賴(lài)于物理概念和定義的方程[1]。常常包括特定的參數(shù)和變量，只有在特定的情況下是正確的，在手冊(cè)中是查不到的。因此這些模型很少被用于實(shí)際中磨損的估測(cè)。Lim和Ashby給出了鋼板一個(gè)更廣泛的在大范圍載荷和速度下的磨損分類(lèi)方法。他們的工作建立在簡(jiǎn)化磨損方程并在很多pin-on-disk實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整。通過(guò)這個(gè)工作得到了一個(gè)磨損圖，圖1所示。給出了磨損機(jī)理的輪廓和無(wú)量綱化磨損率?，作為無(wú)量綱化壓力p和無(wú)量綱化速度v的作用

5、結(jié)果，定義如下（1）V為磨損體積（m3），A為接觸面積（m），r0為接觸半徑（m），F(xiàn)N為載荷，H為接觸對(duì)中較軟材料的硬度（Pa），v為相對(duì)滑動(dòng)速度（m/s）。表一列出了Lim和Ashby使用的方程和參數(shù)。專(zhuān)業(yè)技術(shù)資料word資料下載可編輯圖1所示磨損圖中的溫度的分析是假定一個(gè)簡(jiǎn)單的溫度沿一維方向流動(dòng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。更進(jìn)一步的說(shuō)就是迅速傳播的溫度對(duì)磨損起了一個(gè)很重要作用，熱量分配系數(shù)α12=0.5，如果接觸的溫度達(dá)到7000C，就會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的氧化磨損。在這個(gè)溫度一下，磨損與載荷成線(xiàn)性關(guān)系，不受速度影響。最常用的模型是線(xiàn)性磨損方程Q=kp，磨損體積率與

6、載荷成比例關(guān)系。這個(gè)模型被認(rèn)為是Archard的磨損定律，盡管它的基本形式首先由Holm發(fā)表。這個(gè)模型是建立在實(shí)驗(yàn)觀察基礎(chǔ)上的，用公式表示（2）引入磨損率K使理論和實(shí)驗(yàn)的結(jié)果相吻合。Holm把它作為一個(gè)常量，來(lái)表述耐磨原子的數(shù)量。在Archard’s工作中，提出了微凸體相互作用導(dǎo)致磨損粒子產(chǎn)生的可能性[4]。然而，那并不是唯一可能的解釋。Lim和Ashby通過(guò)計(jì)算認(rèn)為分層和塑性磨損機(jī)理是主要的。對(duì)于剛，他們建議用以下的值：然而，對(duì)于一個(gè)接觸實(shí)際的K值需要通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法得到。對(duì)于工程應(yīng)用來(lái)說(shuō)，相對(duì)于磨損體積，對(duì)磨損深度更感興趣。這里Archard想通過(guò)

7、接觸面積A[4]把方程（2）都分開(kāi)，給出H為磨損深度（m），k為空間磨損率，p為接觸壓力。磨損過(guò)程可以看作是個(gè)動(dòng)態(tài)的過(guò)程，它的預(yù)測(cè)是個(gè)初始值的問(wèn)題。從而磨損模型可以通過(guò)一個(gè)不同的方程來(lái)表述，在線(xiàn)性的情況下，方程（2）可以用下面公式表示（3）3.有限元磨損模擬程序3.1有限元理論用有限元方法計(jì)算磨損的主要工作是計(jì)算接觸應(yīng)力。工程結(jié)構(gòu)被離散成許多單元，單元與單元之間用節(jié)點(diǎn)連接起來(lái)。在有限元中，可以把單元中一些物理量(位移，溫度等)通過(guò)多項(xiàng)式分段擬合來(lái)近似描述，通過(guò)結(jié)點(diǎn)位移來(lái)表示[5]。可以同時(shí)使專(zhuān)業(yè)技術(shù)資料word資料下載可編輯用不同的單元類(lèi)型，復(fù)雜的載

8、荷和邊界條件。在結(jié)構(gòu)分析中，把自由的程度定義為節(jié)點(diǎn)位移。把各個(gè)單元按原來(lái)的結(jié)構(gòu)重新連接起來(lái)，形成整體的有限元