[发明专利]一种换向器超速性能仿真计算方法

摘要

本发明提供一种换向器超速性能仿真计算方法，该方法将断裂力学引入扩展有限元法，从而在有限元软件中模拟换向器超速断裂过程，包括对换向器材料进行断裂力学试验、获取断裂性能参数、将断裂力学参数通过双线性应力软化曲线模型引入有限元分析、利用Abaqus有限元软件建立有限元模型，从而模拟换向器超速时断裂破坏的过程等步骤，本发明利用有限元仿真分析具有速度快、成本低、观测性强等优点，通过断裂试验获取材料断裂参数，并将其应用于有限元分析中，从而对换向器在超速状态下破坏的过程进行模拟，能在开发阶段获取换向器超速破坏过程中各部件应力场变化，在产品试制前完成理论估计，避免反复试制样品过程，节约开发成本，缩短开发周期。

主权项

一种换向器超速性能仿真计算方法，其特征在于，该方法将断裂力学引入扩展有限元法，从而在有限元软件中模拟换向器超速断裂过程，按以下步骤实现：步骤一、测量换向器各部件材料特性参数，所述换向器部件包括：银铜合金的换向片、玻璃纤维增强酚醛树脂的模塑料、玻璃纤维增强环或者65Mn钢环，所述材料特性参数包括：银铜合金的应力‑应变特性曲线、模塑料的弹性模量和拉伸强度、模塑料的Ⅰ型裂纹临界应力强度因子K1C与裂纹尖端张开位移COD、玻璃纤维加固环或者65Mn钢环的应力‑应变特性曲线；步骤二、根据换向器设计几何特征与尺寸，使用SolidWorks建立换向器三维模型，需要将坐标原点设置在换向器旋转轴上，并导出保存为stp文件；步骤三、对换向器各部件进行网格划分，将步骤二中的stp文件导入HyperMesh中，采用二阶精度的四面体网格C3D10，最小网格尺寸为0.1mm，拟合特征角不大于20°；步骤四、采用有限元软件Abaqus建立换向器有限元模型，取模型的1/25即一片换向片进行分析，对其对称面施加旋转对称约束，对换向片整体施加从0逐渐增大的旋转离心力载荷，将步骤一得到的银铜合金和玻璃纤维加固环的应力‑应变特性曲线、模塑料的弹性模量和拉伸强度、由临界应力强度因子K1C与裂纹尖端张开位移COD计算得到的双线性应力软化曲线参数输入文本编制的Abaqus命令流inp文件，并运行此命令流文件，使用Abaqus的后处理工具即可得到仿真结果；步骤五、仿真计算得到换向器各部件应力场与换向器超速断裂转速，分析仿真结果，评价换向器整体抗旋转破坏强度是否满足设计预期要求，如果不满足要求，根据仿真获得的应力场数据，分析应力集中点与易损点，优化换向器设计方案，重新执行步骤二到步骤五，从而获得满足预期要求的设计方案。