本文關(guān)鍵詞：滾動軸承復(fù)雜接觸界面系統(tǒng)SPH建模與分析，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著機械制造行業(yè)機器越來越向精密、高速和重載方向發(fā)展，如何提高高速軸承壽命和工作性能越來越成為人們普遍關(guān)注的問題。實驗檢測和數(shù)值模擬是研究軸承動態(tài)接觸機理及可靠性分析最有效的方法。但是，實驗方法經(jīng)常會因為外在因素的干擾而影響數(shù)據(jù)的準確性，還會受到經(jīng)費、場地、安全和環(huán)保等因素的限制。因此通過數(shù)值模擬的方法來開展研究越來越受到人們的歡迎。 傳統(tǒng)的設(shè)計計算方法中，通過建立各種復(fù)雜的數(shù)學模型來計算相關(guān)參數(shù)，而且這些模型都是建立在一定的經(jīng)驗和假設(shè)之上，適用性收到限制。此外，求解這些模型更是困難，學者們通過探索不斷尋找各種解決方法。多年來取得了一定的研究成果，然而理論方法只能揭示特定條件下的接觸行為，而基于網(wǎng)格的有限元法、有限體積法或有限差分法等數(shù)值分析方法，卻難以有效模擬多體接觸界面的實時動態(tài)非線性流變彈流行為。關(guān)鍵問題不僅僅是網(wǎng)格畸變或突變，更重要的是復(fù)雜非線性耦合界面的實時跟蹤和網(wǎng)格重劃分變得十分困難。為此，很有必要研究能夠?qū)崟r動態(tài)模擬材料非線性破碎行為、復(fù)雜非線性流動行為和實時跟蹤多場多相復(fù)雜耦合界面而無需網(wǎng)格重劃分的無網(wǎng)格數(shù)值建模理論和關(guān)鍵算法。 光滑粒子流體動力學(SPH)是基于拉格朗日思想的無網(wǎng)格數(shù)值計算方法，相比于其他有網(wǎng)格算法，本身具有很多優(yōu)勢，提供了一種很有效地解決流體動力學問題的方法。本文依托新疆大學計算力學與工程優(yōu)化前沿研究中心實驗室,在國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃項目---高性能滾動軸承基礎(chǔ)研究的資助下，，對SPH基本思想和核心算法進行了認真分析，并結(jié)合課題，修改和完善計算方法，成功將其應(yīng)用到本研究中，解決了傳統(tǒng)數(shù)值計算無法對流體流動實時動態(tài)行為進行再現(xiàn)的難題，擴展了SPH方法的工程應(yīng)用領(lǐng)域,具有重要的理論和應(yīng)用價值。本研究內(nèi)容重點針對考慮潤滑狀態(tài)時，用SPH無網(wǎng)格法研究軸承內(nèi)外圈和滾動體的多體動態(tài)接觸界面系統(tǒng)的油膜非線性流動行為及動態(tài)沖擊的SPH建模理論與關(guān)鍵算法。本文主要開展了一下幾個方面的工作：1.研究不可壓縮牛頓流Navier-Stokes方程的SPH建模方法和關(guān)鍵算法。 充分調(diào)研SPH理論和相關(guān)算法，結(jié)合課題，研究考慮速度場和壓力場，設(shè)計出適用于滾動軸承潤滑接觸的SPH理論和建模方法：根據(jù)軸承原型，經(jīng)過合理的假設(shè)，設(shè)計出用于SPH計算的軸承簡化模型。在前處理階段設(shè)計了SPH模型，同時根據(jù)實際情況施加不同的邊界條件。在主處理階段編制了關(guān)鍵算法，為計算提供技術(shù)支持；2.滾動軸承在工作條件下油膜潤滑機理及界面參數(shù)影響規(guī)律研究。 應(yīng)用SPH方法研究了軸承在工作條件下潤滑油膜的建立及行為特性，探索軸承中潤滑介質(zhì)在接觸界面的分布規(guī)律與運動特性。通過考慮流體粘度的變化對微小區(qū)域的流動特性的影響，建立SPH數(shù)值算法，對作用區(qū)域的微觀運動機理進行動態(tài)模擬。研究了壓力波動對滾動軸承性能的影響，找出了產(chǎn)生振動和噪音的重要因素，這種通過動態(tài)的模擬來形象地揭示軸承的力學特性的方法，對豐富軸承振動理論和研究方法具有重要的意義；3.急速啟停工況下軸承動態(tài)接觸行為對軸承可靠性影響規(guī)律的研究。 所謂急速啟停工況，就是在非常短的時間內(nèi)使軸承迅速啟動和停止，這會使軸承的載荷和運動狀態(tài)發(fā)生很強烈地變化，對研究引起軸承損傷和使用壽命的原因具有很好的使用價值。本文通過模擬急速啟停工況下的微接觸區(qū)域的變化來分析極端工況對軸承性能的影響。不僅實現(xiàn)了在該區(qū)域的流動行為的實時重現(xiàn)，動態(tài)的觀察這種動蕩和沖擊，而且初步探索了引起軸承運轉(zhuǎn)不穩(wěn)定、振動和噪音等現(xiàn)象發(fā)生的原因。對提高軸承使用性能具有一定的參考價值。
【關(guān)鍵詞】：滾動軸承 SPH 實時動態(tài)模擬 振動
【學位授予單位】：新疆大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TH133.33
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-11
• 第一章 緒論11-18
• 1.1 計算流體動力學11-12
• 1.2 課題的來源及選題依據(jù)12-15
• 1.3 本文的主要工作15-18
• 第二章 SPH 方法的基本理論18-27
• 2.1 SPH 方法概述18-21
• 2.1.1 SPH 方法的基本原理18-19
• 2.1.2 SPH 方法的基本方程19-21
• 2.2 其他基本概念21-27
• 2.2.1 支持域和影響域21-22
• 2.2.2 光滑函數(shù)22-26
• 2.2.3 光滑長度26-27
• 第三章 SPH 方法在流體動力學方面的理論研究27-41
• 3.1 拉格朗日型的納威-斯托克斯方程27-28
• 3.2 納威-斯托克斯方程組的 SPH 離散化28-29
• 3.3 流體動力學的 SPH 數(shù)值計算相關(guān)問題29-36
• 3.3.1 人工粘度29-30
• 3.3.2 物理粘度30-31
• 3.3.3 狀態(tài)方程31-32
• 3.3.4 邊界處理32-34
• 3.3.5 速度修正法34
• 3.3.6 時間積分34-36
• 3.4 粒子的相互作用36-39
• 3.4.1 近鄰粒子搜索法36-39
• 3.4.2 粒子對的相互作用39
• 3.5 SPH 方法的特性及在流體模擬方面的優(yōu)勢39-41
• 第四章 SPH 在流體計算中的應(yīng)用41-53
• 4.1 計算方法與策略41-42
• 4.2 程序框圖42
• 4.3 算例驗證42-44
• 4.4 不同粘度下油膜的微觀變化數(shù)值模擬44-49
• 4.4.1 計算區(qū)域和初始環(huán)境的設(shè)定44-45
• 4.4.2 模擬結(jié)果與分析45-49
• 4.5 油膜在極端工況下變化的數(shù)值模擬49-53
• 4.5.1 計算區(qū)域和邊界環(huán)境的設(shè)定49-50
• 4.5.2 模擬結(jié)果與分析50-53
• 第五章 結(jié)論與展望53-57
• 5.1 結(jié)論53-55
• 5.2 展望55-57
• 參考文獻57-61
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文與著作61
• 攻讀碩士學位期間參加的學術(shù)會議61-62
• 致謝62

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