[发明专利]一种干滑动摩擦热‑应力‑磨损分步耦合的模拟方法

摘要

本发明涉及一种干滑动摩擦热‑应力‑磨损分步耦合的模拟方法，步骤为将摩擦热‑应力‑磨损耦合过程分步；对热‑应力耦合分析进行初始化设置；采用瞬态热传导分析程序依次完成N个增量步的热传导分析，获得输出温度场；对应力‑磨损分析进行初始化设置；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，计算磨损量并确定其空间方向；计算接触压力偏差；根据磨损量和方向，修正接触节点的位移，更新有限元模型；判断接触压力的偏差是否超过容差，更新接触压力；判断模拟过程是否结束。本发明计算精度和计算效率较高且适用于干滑动摩擦热‑应力‑磨损强耦合问题的模拟。

主权项

一种干滑动摩擦热‑应力‑磨损分步耦合的模拟方法，包括以下步骤：1)时域分步：将摩擦热‑应力‑磨损耦合过程分步，初始化步数计数器i＝1和仿真总时间计时器t＝0，计算初始接触压力p0＝pi；2)进入第i步热‑应力‑磨损顺序耦合，其包括以下步骤：(1)热‑应力耦合分析初始化：预设第i步耦合过程的总时间步ΔT，增量步的步数为N，ΔT为耦合过程的总时间T′与增量步的步数N之比，初始化第i步耦合过程的当前时间增量Δti＝0和增量步计数器j＝1；(2)热传导分析：在已有的瞬态热传导分析程序ABAQUS中依次完成N个增量步的热传导分析，每个增量步对应输出一个温度场，用于应力‑磨损分析；(3)应力‑磨损分析初始化：开始进入应力‑磨损耦合分析之前，再次初始化增量步计数器j＝1，将步骤2)结束时的状态作为本步应力‑磨损分析的初始状态，并记录初始接触压力p0；(4)应力分析：进入第j个增量步的应力分析，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，将热传导分析的温度场作为热载荷施加在有限元模型中，应用瞬态热传导分析程序ABAQUS对有限元模型进行应力分析，获得并输出接触压力场；(5)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；(6)接触压力偏差计算：计算当前增量步的接触压力pj与初始接触压力p0之间的相对偏差e(pj,p0)；(7)更新网格：根据两接触面接触节点的磨损量和方向，修正该节点的位移，更新有限元模型；(8)判断相对偏差e(pj,p0)是否超过容差：考察接触压力的相对偏差e(pj,p0)是否达到容许值TOL，如果偏差没有超过容许值TOL，转到步骤(4)，进入下一个增量步的应力分析；否则，抛出异常，终止本步耦合过程，并更新本步耦合过程的当前时间增量Δti＝jΔt，进入步骤3)；如果所有增量步都没有抛出异常，则在最后一个增量步结束后更新总时间增量Δti＝NΔt，进入步骤3)；3)更新总时间t：根据第i步耦合过程的当前时间增量Δti更新总时间t＝t+Δti，判断当前总时间t和耦合过程总时间T′的大小，如果t＜T′，则更新计数器i＝i+1和初始接触压力p0＝pj，进入步骤2)，开始下一步摩擦热‑应力‑磨损耦合分析过程，否则，模拟过程结束。