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基于Voronoi有限元方法的滚动轴承疲劳寿命分析

发布时间:2018-11-20 18:34
【摘要】:滚动轴承的应用极为广泛,是重要是机械基础件,滚动轴承的寿命预测意义重大。滚动轴承的失效方式主要的是滚动轴承接触疲劳失效,而微观材料失效被认为是滚动轴承接触疲劳失效主要原因之一,因此,建立滚动轴承的微观精确模型十分重要。在微观层面,滚动轴承材料是多晶体,其晶粒具有不同的形状和大小,而传统的有限元软件的单元无法模拟这一特性,因此,本文提出了一种基于Voronoi方法的有限元分析方法进行滚动轴承疲劳寿命预测。论文主要研究了以下内容:1、采用MATLAB与ANSYS混合的方法,在ANSYS平台上建立了基于Voronoi方法的滚动轴承精确模型。该模型使用Voronoi多边形代表滚动轴承材料的晶粒,成功将微观结构引入到有限元模型中。2、建立20个微观结构不相同的滚动轴承Voronoi有限元模型,对模型施加赫兹接触应力,仿真得到滚动轴承的受力情况,并对仿真结果进行数据处理,得到如下结论:接触疲劳寿命符合威布尔分布;材料性能的不均匀性会导致滚动轴承疲劳寿命分散度增大;材料初始缺陷会导致滚动轴承疲劳寿命减小,并且寿命分散度增大。3、基于损伤力学理论,建立了滚动轴承的损伤力学本构关系并在ANSYS软件上建立了基于Voronoi方法的滚动轴承损伤力学模型。对模型施加赫兹接触应力,预测滚动轴承接触疲劳寿命,将结果与Gazizulin等人的研究成果和L-P理论得到的结果相对比,得到该方法适用于进行滚动轴承疲劳寿命分析。
[Abstract]:Rolling bearing is widely used and is an important part of mechanical foundation. It is of great significance to predict the life of rolling bearing. The failure mode of rolling bearing is mainly the contact fatigue failure of rolling bearing, and the failure of micro material is considered to be one of the main causes of contact fatigue failure of rolling bearing. Therefore, it is very important to establish the micro accurate model of rolling bearing. At the micro level, the rolling bearing material is polycrystalline, its grain has different shape and size, but the element of traditional finite element software can not simulate this characteristic, so, In this paper, a finite element analysis method based on Voronoi method is proposed to predict the fatigue life of rolling bearing. The main contents of this paper are as follows: 1. The accurate model of rolling bearing based on Voronoi method is established on the ANSYS platform by using the method of mixing MATLAB and ANSYS. In this model, Voronoi polygon is used to represent the grain of rolling bearing material, and the microstructure is successfully introduced into finite element model. Twenty Voronoi finite element models with different microstructure are established, and Hertz contact stress is applied to the model. The stress of rolling bearing is obtained by simulation, and the simulation results are processed as follows: the contact fatigue life accords with Weibull distribution; The inhomogeneity of material properties will lead to the increase of fatigue life dispersion of rolling bearings. The initial defect of the material will reduce the fatigue life of rolling bearing and increase the life dispersion. 3. Based on the theory of damage mechanics, The damage mechanics constitutive relation of rolling bearing is established and the damage mechanics model of rolling bearing based on Voronoi method is established on ANSYS software. The contact fatigue life of rolling bearings is predicted by applying Hertz contact stress to the model. The results are compared with those obtained by Gazizulin et al and L-P theory. The method is suitable for the fatigue life analysis of rolling bearings.
【学位授予单位】:昆明理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TH133.33

【参考文献】

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本文编号:2345653

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