铰接副磨损与系统动力学行为耦合的数值分析-摩擦学学报.pdfVIP

第 29 卷 　第 1期 摩 擦 学 学 报 Vol. 29　No. 1 2009 年 1 月 Tribo logy J an. , 2009 铰接副磨损与系统动力学行为耦合的数值分析 宿月文 , 陈　渭 , 朱爱斌 , 谢友柏 (西安交通大学 机械工程学院 现代设计及转子轴承系统教育部重点实验室 , 陕西 西安 　710049) 摘 　要 : 建立了机械系统的摩擦磨损与动力学行为的耦合分析模型和数值计算框架 , 以间隙铰接副为对象分析其 磨损和动力学行为的交互影响机制. 磨损通过有限元理论及 AN SYS软件开发的通用程序来计算 ,其中通过移动边 界节点的方法来描述磨损过程 ,利用结构优化算法中的边界位移法解决了边界节点变动导致的内部网格畸变问题. 应用将位移约束转化为接触力约束的方法建立含间隙铰碰撞的多体动力学模型. 通过序贯耦合的模式计算出不同 寿命时段的磨损间隙和性能特性. 结果表明:磨损与动力学行为耦合数值分析可对整个寿命周期内磨损和性能做 出预测 ,可显著提高摩擦学设计的效率和准确性. 关键词 : 磨损 ; 多体动力学 ;耦合 ;数值仿真 中图分类号 : TH 117. 1 文献标识码 : A 文章编号 : 1004 - 0595 (2009) 0 1 - 0050 - 05 　　产品设计的竞争已经迫使从传统上以产品出厂 磨损的交互作用 ,及其对性能与寿命的影响. 本文以 时满足性能需求和约束需求为 目标的设计转变为在 含间隙铰接副的多体系统为对象 ,从摩擦学行为和动 ( ) 全生命周期 含报废以后 中满足性能需求和约束 力学行为的耦合作用的角度 ,研究了磨损导致间隙的 需求的目标 [ 1 ] . 那么全寿命周期设计就是要在产品 扩展与系统动态特性在机器寿命延续过程中的交互 还不存在的情况下能够对产品设计的性能和是否满 机制 ,建立了磨损与动力学耦合计算框架以实现对机 足约束进行虚拟的测试 、评估和优化 ,需要在设计阶 构寿命的预测. 计算原理如图 1所示. 段就建立设计对象生命产生和衰亡的模型. 生命衰 退和消亡本质上是时变系统 , 即结构随时间、输入 、 环境的变化而发生的不可恢复的变化 , 当结构变化 以后 ,相同一组输入 ,不再能产生相同的一组输出. 工程实际中 ,大多数机械系统的生命衰退和消亡都 与摩擦学过程 ,特别是磨损 ,有着密切的关系. 另 外 ,机械系统中的摩擦学和动力学行为是密切联系 并相互耦合的. 特别是磨损造成结构的几何形状及 尺寸变化 , 引起机器动力学性能的变化 , 如振动加 剧 ,这种性能的变化又反过来加重磨损. 然而 , 目前 的机构设计与分析基本没有考虑在全寿命过程中性 能变化与摩擦磨损的交互作用 ,所谓的动态分析或 动力学分析研究也基本针对可再现的行为 [ 2 ] . 数值仿真技术已经在机构设计中得到广泛应用. 但是磨损的分析研究还是以试验测试为主要手段 ,较 F ig. 1　F low chart of wear calcu lation ba sed fin ite elem en t M ethod s 少应用数值仿真分析方法 ,更鲜有研究机构动力学和 图 1　基于有限元方法的磨损仿真计算流程图 收稿 日期 : 2008 - 08 - 04; 　修回日期 : 2008 - 12 -