轴承接触疲劳损伤数值仿真

论文摘要

轴承被应用于各个领域,是工业设备中使用最广泛的零件之一。轴承的内外圈在工作时会承受较大的接触应力,循环接触应力导致的接触疲劳是轴承失效的主要形式。其中,微观条件下的材料失效已被认为;是轴承接触疲劳的主要失效模式之一，采用有限元方法对轴承接触疲劳进行研究具有重要意义。本文基于Voronoi有限元方法（VFEM），根据轴承滚动体与滚道之间的接触关系,在ANSYS平台上建立了轴承滚动体与滚道接触的弹性半空间有限元模型,仿真出轴承材料;在微观下的多晶体材料特性。将L-P理论与损伤力学相结合，建立轴承的损伤力学接触模型。通过将损伤变量引入材料应力-应变本构关系来实现模型中材料的渐进损伤积累，仿真裂纹出现前轴承材料的恶化过程。建立结构内部裂纹模型,通过损伤力学模型计算得到损伤单元,根据轴承结构内部裂纹特性,在损伤单元处建立含微裂纹的有限元网格,在生成的裂纹表面添加接触单元,仿真裂纹在轴承结构内部的物理特性。基于损伤力学模型,建立轴承结构内部裂纹扩展模型,探究轴承内部裂纹萌生、扩展以及点蚀和剥落机理。计算裂纹扩展过程中的应力、应变，得到轴承裂纹萌生、裂纹扩展的寿命、裂纹扩展路径以及裂纹扩展时释放的能量。研究内容能够为轴承接触疲劳损伤研究提供新的思路和工具。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 课题的研究背景及意义
•     1.1.1 课题来源
•     1.1.2 课题研究的背景及意义
•   1.2 滚动轴承接触疲劳研究的发展现状
•     1.2.1 基于统计学的疲劳寿命研究
•     1.2.2 基于断裂力学的研究
•     1.2.3 基于状态监测的研究
•     1.2.4 基于有限元方法的研究
•   1.3 结构内部裂纹扩展研究现状
•   1.4 主要研究工作与总体框架
• 第二章 轴承滚道与滚动体接触模型建立
•   2.1 有限元软件ANSYS及APDL语言简介
•   2.2 弹性半空间模型
•     2.2.1 弹性半空间
•     2.2.2 赫兹接触理论
•     2.2.3 滚子与滚道的Hertz接触模型
•   2.3 基于VORONOI有限元模型
•     2.3.1 Voronoi 图生成
•     2.3.2 基于VEFM的滚子滚道接触有限元模型
•   2.4 基于损伤力学的滚子滚道接触模型
•     2.4.1 连续损伤力学
•     2.4.2 损伤本构关系建立
•     2.4.3 损伤数学模型建立
•   2.5 轴承损伤模型求解与模型准确性分析
•     2.5.1 轴承滚子滚道接触损伤模型求解
•     2.5.2 材料微观结构和性能不均对微裂纹的影响
•   2.6 本章小结
• 第三章 内部裂纹单元接触处理方法
•   3.1 接触问题和接触单元
•   3.2 裂纹处理方法
•   3.3 APDL实现网格处理与接触单元添加
•   3.4 含结构内部裂纹模型分析
•     3.4.1 结构内部裂纹应力传递特性分析
•     3.4.2 轴承接触模型添加内部裂纹受力分析
•   3.5 本章小结
• 第四章 轴承结构内部裂纹扩展模型
•   4.1 裂纹扩展机理
•   4.2 裂纹扩展过程模型处理方法
•   4.3 轴承内部裂纹扩展过程分析
•   4.4 轴承内部裂纹扩展过程中的能量释放
•   4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
•   5.1 论文总结
•   5.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 攻读硕士学位期间获得的科研成果
• 附录B 攻读硕士学位期间参与的项目

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 谢俊杰

导师: 柳小勤

关键词: 轴承,接触疲劳,有限元,裂纹扩展

来源: 昆明理工大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 力学,机械工业

单位: 昆明理工大学

基金: 国家自然科学基金地区基金“基于声发射和数值模型的轴承点蚀疲劳寿命估计研究”(编号:51465022)

分类号: TH133.3;O346.2

DOI: 10.27200/d.cnki.gkmlu.2019.001786

总页数: 88

文件大小: 7698K

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