[发明专利]一种干滑动摩擦热‑应力‑磨损顺序耦合的模拟方法

摘要

本发明涉及一种干滑动摩擦热‑应力‑磨损顺序耦合的模拟方法，步骤为在摩擦热‑应力‑磨损耦合过程的时间轴上将该过程离散为N个增量步，瞬态热传导分析、应力分析和磨损分析采用相同时间轴和增量步；建立干滑动摩擦的有限元模型，进行瞬态热传导分析，获得输出温度场；设置有限元模型应力分析的单元类型，进行应力分析，获得输出接触压力场；根据温度场、接触压力场及两接触面接触节点的相对滑移速率，计算两接触面接触节点的磨损量并确定其空间方向；根据磨损量和方向，修正接触节点的位移，更新有限元模型；判断应力‑磨损耦合过程的模拟是否完成。本发明计算精度损失小且计算效率较高，能广泛应用于各类干滑动摩擦的摩擦热‑应力‑磨损弱耦合问题的模拟。

主权项

一种干滑动摩擦热‑应力‑磨损顺序耦合的模拟方法，包括以下步骤：1)时域离散：假设摩擦热‑应力‑磨损耦合过程的时间轴为(t0,tN)，在该时间轴上将摩擦热‑应力‑磨损耦合过程离散为N个增量步，瞬态热传导分析、应力分析和磨损分析采用相同的时间轴和增量步；2)瞬态热传导分析：建立干滑动摩擦的有限元模型，在步骤1)的时间轴(t0,tN)上采用瞬态热传导分析程序进行瞬态热传导分析，其步骤为：①初始化有限元模型的温度，选定瞬态热传导分析程序，设置有限元模型中两构件的单元类型、生热热流边界和散热边界；生热热流边界由摩擦功率引起，则两接触面接触节点的摩擦热流通过热流自定义子程序DFLUX施加在构件的底面上，两接触面接触节点温度T、接触节点到构件边沿的距离均从计算结果文件中读取：ⅰ)从瞬态热传导分析程序中跳转至用户子程序DFLUX；ⅱ)初始化常量和系数；ⅲ)根据两接触面接触节点坐标计算回转半径根据两接触面接触节点温度T和平均接触压力计算摩擦系数μ；ⅳ)根据回转半径和摩擦系数μ计算两接触面接触节点处的摩擦热流ⅴ)返回瞬态热传导分析程序；②对每个增量步进行瞬态热传导分析；③获得并输出温度场；如果其中一单元类型允许其对应的构件的材料脱离网格运动，那么材料的运动利用用户子程序UMASFL实现：①从瞬态热传导分析程序中跳转至用户子程序UMASFL；②初始化构件的常量和系数；③根据销‑盘表面接触节点坐标计算回转半径如果不是旋转件，直接读取该销‑盘表面接触节点速度即可；④计算销‑盘表面接触节点处的质量流速为角速度，ρ为材料密度；⑤返回瞬态热传导分析程序；3)应力分析：设置有限元模型应力分析的单元类型，定义边界条件、载荷和接触条件，将步骤2)输出的温度场作为热载荷施加在有限元模型中，并对有限元模型进行应力分析，获得并输出接触压力场；4)确定磨损量：根据热传导分析得到的温度场、应力分析得到的接触压力场以及两接触面接触节点的相对滑移速率，计算两接触面接触节点的磨损量，并且确定其空间方向；磨损量大小和方向的确定通过网格移动用户子程序UMESHMOTION实现，包括以下步骤：①初始化常量和系数；②读取两接触面接触节点的接触压力p和温度T；③计算两接触面接触节点的磨损量，确定两接触面接触节点的磨损方向；④输出两接触面接触节点磨损信息，用于绘制磨损量云图；5)更新网格：根据两接触面接触节点的磨损量和方向，修正该接触节点的位移，更新有限元模型；6)判断应力‑磨损耦合过程的模拟是否完成，若增量步达到N，则模拟过程结束；否则，进入下一个增量步，回到步骤2)。