基于有限元法的圓柱與平板間接觸疲勞分析.pdf

1、在現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)生活中，圓柱和平面之間的接觸問(wèn)題很常見(jiàn)，具有廣泛的實(shí)際應(yīng)用基礎(chǔ)，例如在圓柱滾子軸承中滾子與套圈之間的接觸、齒形零件之間的接觸等等，這種接觸方式可以有效減小摩擦力，減小旋轉(zhuǎn)扭矩。但是這類(lèi)接觸方式會(huì)因?yàn)榻佑|面上疲勞破壞的產(chǎn)生而使得這種結(jié)構(gòu)的使用壽命降低，進(jìn)而影響相關(guān)機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，尤其是對(duì)一些高精度機(jī)械設(shè)備，直接影響其加工元器件的精度。本文依照接觸力學(xué)理論知識(shí)，針對(duì)圓柱和平面之間的接觸疲勞問(wèn)題，運(yùn)用有限元法分析對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行了

2、模擬分析，揭示了疲勞破壞的產(chǎn)生部位。
　　本文首先基于圓柱與平板的接觸關(guān)系，建立了數(shù)學(xué)計(jì)算幾何模型，并推導(dǎo)了疲勞接觸應(yīng)力的計(jì)算表達(dá)式，繪制了各個(gè)接觸主應(yīng)力的曲面分布圖，之后基于有限元軟件構(gòu)建了圓柱與平板接觸有限元實(shí)體模型，并運(yùn)用有限元法對(duì)圓柱與平板靜摩擦接觸系統(tǒng)在承受靜壓外載荷作用的情況進(jìn)行模擬仿真，繪制了接觸區(qū)域內(nèi)圓柱與平板各自所承受的接觸應(yīng)力及所發(fā)生的形變分布云圖，并運(yùn)用模擬得到的接觸應(yīng)力與其理論解析值進(jìn)行了相對(duì)誤差的求解，得

3、出有限元法對(duì)圓柱與平板之間的接觸應(yīng)力與應(yīng)變進(jìn)行分析能夠得到比較可信、合適的分析結(jié)果。還指出運(yùn)用有限元法分析接觸疲勞存在一定的局限性，指出了其分析計(jì)算之所以存在誤差的主要原因。
　　針對(duì)圓柱與平板所組成的靜摩擦接觸系統(tǒng)，運(yùn)用有限元法對(duì)其在周期性循環(huán)壓載荷作用下在接觸區(qū)域內(nèi)可能發(fā)生疲勞破壞問(wèn)題進(jìn)行了模擬仿真，預(yù)測(cè)了在試驗(yàn)載荷下接觸處的疲勞壽命及損傷狀況等的分布，還繪制出了實(shí)驗(yàn)所用材料的壽命曲線與用有限元分析預(yù)測(cè)得到的壽命曲線的對(duì)照?qǐng)D，

4、經(jīng)過(guò)對(duì)照得出，有限元法可以比較精確地預(yù)測(cè)圓柱以及平板組成的接觸系統(tǒng)中產(chǎn)生疲勞損傷的部位及疲勞壽命情況，進(jìn)而能夠幫助我們提高設(shè)計(jì)研發(fā)產(chǎn)品的效率，降低設(shè)計(jì)成本。
　　針對(duì)圓柱與平板所組成的滑動(dòng)摩擦接觸系統(tǒng)，即給平板施以一水平運(yùn)動(dòng)速度v，其他條件保持不變，繼續(xù)運(yùn)用有限元法對(duì)其在承受靜壓載荷、周期性循環(huán)壓載荷兩種載荷下的接觸疲勞問(wèn)題進(jìn)行了模擬仿真，并與靜摩擦接觸狀態(tài)下的結(jié)果進(jìn)行比較得到:在靜摩擦接觸系統(tǒng)中，接觸區(qū)域的中心位置易產(chǎn)生疲勞破壞