滚动轴承动态接触应力的SPH建模与分析

发布时间：2017-03-20 20:12

  本文关键词：滚动轴承动态接触应力的SPH建模与分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着机械制造工业的发展,机器设备逐渐向高速度、高精度和重载方向发展,也正因为这样的趋势,人们开始关注高速轴承的寿命和工作性能。研究轴承动态接触过程最有效的方法是实验检测和数值模拟,但实验检测的方法常常会受到外在因素的干扰而导致实验数据不准确,还会受到经费、安全、场地等因素的制约,因此,人们常常使用数值模拟的方法来进行研究。传统的计算方法,都是在假设和经验的基础上,通过建立各种复杂的数学模型来计算相关参数,适用性不够广泛。基于网格的有限元法、有限差分法或者有限体积法,是研究人员使用最多的方法,但很难有效地模拟大变形和流固耦合问题的实时动态情况,原因在于复杂非线性耦合界面的网格重划分及实时跟踪非常困难。因此,很有必要研究能够实时动态模拟、不需要重新划分网格的建模方法和算法。SPH方法是一种新的计算方法,其处理大变形问题尤其是流体方面所具有优越性,在有限元软件中添加SPH模块已经成为了SPH方法的一个新的发展趋势。有限元与SPH方法各有优势和缺陷,对于滚动轴承接触界面的分析不仅仅要考虑油膜与接触体的耦合分析问题,还要考虑宏观小变形和微观大变形。研究思路:划分问题域,接触体微观大变形区域和流体部分采用SPH方法,而滚动体采用有限元方法。自行开发SPH程序,这是一项难度很大的工作,除了要理解流体力学中的SPH相关理论,还需要将SPH理论实现程序化。国外已有研究人员利用Fortran语言编写了SPH程序,例如,Liu等人设计了结构化三维SPH程序;Daniel设计了用于SPH模拟的交互式可视化工具SPLASH;Gesteira等人设计了用于SPH理论研究的计算机程序SPHysics,一些比较成熟的商业程序也将SPH处理过程嵌入到其软件包中,例如前后处理综合软件LS-PREPOST和ANSYS/LS-DYNA。随着SPH程序规模的扩大,研究人员发现如果想把新的SPH理论设计扩展到已有的SPH程序中,这是非常困难的。例如增加新的材料属性和新的粒子属性,必须要修改已设计好的SPH程序,甚至可能要重新编写整个软件系统,这就导致了SPH程序具有难扩展性和难维护性。因此,研究采用了成熟的商用程序ANSYS/LS-DYNA和LS-PREPOST,对SPH耦合有限元的方法进行了研究,并且对弹丸穿靶和滚动体与油膜耦合作用做了建模分析,相对于单纯使用有限元分析大变形问题和流固耦合问题,有限元与SPH耦合的方法更加有效。
【关键词】：轴承 SPH 有限元 实时动态模拟 LS-DYNA
【学位授予单位】：新疆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH133.33
【目录】：

• 摘要2-3
• ABSTRACT3-6
• 第一章 引言6-15
• 1.1 LS-DYNA计算的发展现状和应用领域6-10
• 1.2 SPH方法的发展现状和前景10-12
• 1.3 课题背景12-14
• 1.4 本文主要研究内容14-15
• 第二章 SPH方法的理论基础15-22
• 2.1 函数的SPH核近似以及精度分析15-17
• 2.1.1 函数的SPH核近似15-16
• 2.1.2 函数的核近似的精度分析16-17
• 2.2 核函数的偏导数及几种典型的核函数17-20
• 2.2.1 核函数的偏导数17-18
• 2.2.2 几种典型核函数18-20
• 2.3 函数梯度的核近似及其精度分析20-21
• 2.3.1 函数梯度的核近似20-21
• 2.4 SPH粒子近似法及其精度分析21-22
• 2.4.1 SPH粒子近似法21-22
• 第三章 LS-DYNA的基本显式计算方法22-25
• 3.1 LS-DYNA的基本方程及控制条件22-23
• 3.2 LS-DYNA中SPH算法23-24
• 3.3 LS-DYNA中K文件的关键字文件24-25
• 3.3.1 LS-DYNA关键字文件24
• 3.3.2 k文件的一般形式24-25
• 第四章 3D建模与结果分析25-48
• 4.1 弹丸侵彻SPH靶板25-40
• 4.2.轴承抱死时油膜与滚动体耦合作用的数值分析40-48
• 第五章 结论与展望48-49
• 5.1 结论48
• 5.2 展望48-49
• 参考文献49-51
• 附录51-55
• 在读期间发表论文55-56
• 致谢56-57

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 岳小兵,龙源,方向,谢文,于川;高速弹丸侵彻靶板能力及影响因素的数值研究[J];解放军理工大学学报(自然科学版);2002年02期

2 岳小兵,龙源,方向,谢文;高速模拟钢质弹丸侵彻多层靶仿真[J];解放军理工大学学报(自然科学版);2003年04期

3 刘谋斌;邵家儒;;光滑粒子动力学核心算法与软件开发中的关键问题[J];计算机辅助工程;2011年01期

4 包宇波;胡斌;;应用LS-DYNA进行汽车正面碰撞模拟分析[J];科技创新导报;2008年07期

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本文编号：258401