基于ABAQUS的混合陶瓷深沟球轴承摩擦接触问题数值分析

摘要

陶瓷球轴承是从金属轴承发展而来，具有一定的传承性，但是陶瓷材料的物理和机械性能与金属材料存在着较大差异，因此不能简单的沿用传统的金属球轴承的经验公式。要想充分发挥陶瓷材料的优势，必须研究适合陶瓷球轴承的设计理论和方法。 接触分析，即接触应力和变形的计算是对混合陶瓷球轴承分析的基础。本文在总结了国内外混合陶瓷球轴承的研究现状的基础上，提出了应用非线性有限元法解决混合陶瓷球轴承分析中的接触问题。 本文介绍了ABAQUS有限元分析软件求解接触问题的流程以及解决接触问题的方法。本着由简单到复杂的解决问题方式，首先从轴承的简化模型曲面-球接触模型入手，分析了静态条件下曲面与滚道的接触应力及接触变形。有限元分析结果与试验结果相吻合，说明分析中相关参数的设定，网格的划分，以及边界条件的施加是合理和正确的，从而为复杂工况下的轴承分析奠定了基础。 借鉴静力学分析的经验，本文还探索了ABAQUS实现多体接触问题旋转运动的实现方法、摩擦的定义及重力载荷的施加方式。 综合上述方法以混合陶瓷深沟球轴承为研究对象，对运动条件下混合陶瓷球轴承接触问题进行了探索。分析中考虑了滚动体与内外套圈的摩擦力和滚动体的重力因素，成功地实现了模拟轴承的运转分析。其中对模型的建立、边界条件的确定和载荷的施加做了详细的说明。仿真实验所得结果与对实际情况所做的理论定(量)性分析相符，从而验证了本文中的建模方法以及有限元分析方法(FEA)是正确可行的。这为混合陶瓷球轴承的进一步研究分析提供了可行的分析方法并奠定了良好的基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1本课题的研究意义

1.2陶瓷球轴承研究概况

1.2.1国外陶瓷球轴承的发展

1.2.2国内陶瓷球轴承的发展

1.2.3陶瓷球轴承有限元分析研究现状

1.3轴承接触问题及有限元方法概述

1.3.1接触问题

1.3.2有限元法的基本思想及分类

1.3.3接触问题有限元法

1.3.4混合陶瓷轴承接触问题分析中有限元方法的应用

1.4课题背景及主要研究内容

第二章 有限元工具ABAQUS介绍及有限元实现

2.1 ABAQUS主要分析模块

2.2 ABAQUS分析步骤

2.3 ABAQUS/CAE简介

2.4 ABAQUS接触功能概述

2.4.1 ABAQUS/Standard和ABAQUS/Explicit中的接触分析

2.4.2定义接触对

2.4.3小滑动与有限滑动

2.5有限元接触分析在ABAQUS中的实现

2.5.1几何模型建立

2.5.2划分网格的基本方法

2.5.3选择三维实体单元类型的基本原则

2.5.4接触定义步骤

2.5.5接触算法

2.6本章小结

第三章 混合陶瓷球轴承接触问题静力分析及结果验证

3.1混合陶瓷球轴承接触问题特点

3.2曲面-球接触问题有限元分析

3.2.1曲面-球接触问题描述

3.2.2有限元分析模型

3.2.3边界条件的设定和载荷的施加

3.2.4定义接触相互作用

3.2.5作业提交

3.2.6分析算例

3.2.7有限元分析结果

3.2.8有限元分析结果与对比试验结果的比较分析

3.2.9误差分析

3.3本章小节

第四章 混合陶瓷球轴承动态摩擦接触问题数值分析

4.1向心轴承的负荷分布

4.2滚动轴承中的摩擦

4.3 ABAQUS中的摩擦模型及定义方法

4.3.1摩擦模型

4.3.2 ABAQUS中摩擦的定义及实现

4.4混合陶瓷深沟球轴承在运转条件下的数值分析

4.4.1问题描述

4.4.2实体模型简化

4.4.3有限元模型的建立

4.4.4网格划分及选择Explicit单元库

4.4.5定义参考点和刚体约束

4.4.6定义接触

4.4.7定义显示动态分析步

4.4.8边界条件

4.5模拟仿真分析结果

4.5.1不同分析时刻滚动体的位置

4.5.2滚动体的位移曲线

4.5.3内圈转速曲线

4.5.4滚动体表面的摩擦力合力

4.5.5接触应力分析结果

4.6本章小结

第五章 结论与展望

附录

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢