本文關(guān)鍵詞： 接觸疲勞 有限元法 接觸應(yīng)力應(yīng)變 疲勞壽命 疲勞損傷　出處：《中北大學(xué)》2017年碩士論文　論文類(lèi)型：學(xué)位論文

【摘要】：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,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;而在滑動(dòng)摩擦接觸系統(tǒng)中,易產(chǎn)生疲勞破壞的部位是接觸區(qū)域的導(dǎo)向邊緣,而且在同樣的外載荷作用之下,靜摩擦接觸系統(tǒng)比滑動(dòng)摩擦接觸系統(tǒng)更易發(fā)生疲勞破壞。本文所進(jìn)行的相關(guān)研究以及所使用的研究分析方法、所得到的研究結(jié)果可以為圓柱、圓錐滾子軸承、火車(chē)鐵軌等的接觸疲勞相關(guān)問(wèn)題研究可以提供一定的參考依據(jù)。
[Abstract]:In the real production and life, is a common contact problem between a cylinder and a plane, with practical application based, such as roller in cylindrical roller bearings with ring contact between the tooth parts of the contact and so on, this approach can effectively reduce the friction force, reduce the rotation torque. But this kind of contact way because the contact fatigue failure caused the reduction of the service life of the structure, thereby affecting the normal operation of mechanical equipment, especially for some high precision machinery and equipment, directly affect the machining accuracy of components. In this paper, according to the theory of contact mechanics knowledge, based on the contact fatigue problem between a cylinder and a plane, the analysis of the the problem is simulated and analyzed by using the finite element method, reveals the position of fatigue damage. Based on the contact relationship between cylinder and plate, set up mathematics The geometry model, and the calculation formula of contact fatigue stress is derived, surface mapping of each contact stress, finite element software is constructed based on cylinder and plate contact finite element model, and by using the finite element method of cylinder and plate static friction contact system is simulated under external static pressure load, draw contact with respective bearing cylinder and flat contact area of stress and deformation occurred in the distribution, and with the simulation results and theoretical analysis of the contact stress is calculated relative error, the finite element method of cylindrical and flat contact stress and strain analysis to get more reliable results, suitable. Also pointed out that the analysis of contact fatigue limitation using finite element method, pointed out the existence of error analysis and calculation The main reason of static friction contact system. According to the composition of the cylinder and plate, finite element method is applied to the simulation of the possible in the contact zone in the cyclic compressive loads of fatigue failure, distribution under test load at the contact fatigue life and damage condition of the forecast, also draw the comparison of the life curve of the material and life prediction curve obtained by finite element analysis, the control that finite element method can accurately predict the location of fatigue damage and fatigue life of contact system of cylindrical and flat panel consisting of, and can help us to improve the efficiency of product design and development, reduce the the cost of design. The sliding friction contact system for cylinder and plate, which is to impose a flat horizontal velocity V, other conditions remain unchanged, to continue to use The method of finite element under static load, the contact fatigue problem of cyclic load under two loads were simulated, and the static friction contact condition were compared with the results obtained in the static friction contact system, the center position of the contact area is easy to produce fatigue damage; while in sliding friction contact in the system, easy to produce fatigue damage is the site of the leading edge of the contact area, and under the same load, the static friction contact system than sliding friction contact system is more prone to fatigue failure. Research and analysis methods used in related research carried out in this paper, the research results can be cylindrical, tapered roller bearings, contact fatigue related problems such as the train tracks can provide some reference.

【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類(lèi)號(hào)】：TH123;O346.2

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