风电转盘轴承细观微结构力学分析与ABAQUS二次开发

发布时间：2017-07-20 02:05

  本文关键词：风电转盘轴承细观微结构力学分析与ABAQUS二次开发

  更多相关文章： 转盘轴承 微裂纹 晶体塑性理论 ABAQUS 本构模型 二次开发

【摘要】：风能是一种安全、清洁、无污染的绿色能源,发展风力发电产业己成为节能减排、保护环境的重要策略之一。我国的风电产业虽然发展非常快,但是对于偏航、变桨轴承等关键部件主要依赖从国外进口,与一些国外技术先进的轴承制造公司相比,在承载能力、寿命与可靠性、材料处理等方面仍有较大的差距。转盘轴承广泛应用于风力发电机组的偏航和变桨系统,是风力发电机组的关键传动部件之一,也是风电机组易损部件之一。本文以风电转盘轴承为研究对象,应用晶体塑性理论来开展轴承的细观微结构应力分析和疲劳微裂纹的研究,为风电轴承的疲劳破坏的研究提供参考。首先,利用Materials Studio软件计算出轴承钢42CrMo的21个各向异性弹性常数。根据晶体塑性理论自定义新的本构模型,利用Fortran编程语言编写本构关系,并与ABAQUS材料本构子程序UMAT相结合,进行二次开发。为了获得更准确的模拟结果,优化模型对晶体晶界网格细化,得出细化后Mises应力最大值比细化前更小,应力集中现象有所缓解。然后,先对疲劳微裂纹的定义与分类以及疲劳微裂纹的萌生与扩展进行了论述,确定套圈滚道上疲劳微裂纹发生位置以及诱发微裂纹产生的原因。在细观尺度上,利用Voronoi法建立单晶集合体有限元模型,研究轴承材料微结构的形变力学特征,通过结果分析出细观组织结构对微裂纹扩展速率及扩展路径的影响。
【关键词】：转盘轴承 微裂纹 晶体塑性理论 ABAQUS 本构模型 二次开发
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM315;TH133.3
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-19
• 1.1 课题背景及研究意义10
• 1.2 风电转盘轴承简述10-12
• 1.3 风电转盘轴承国内外研究现状12-16
• 1.3.1 风电转盘轴承力学性能研究现状12-14
• 1.3.2 风电转盘轴承疲劳寿命研究现状14-16
• 1.4 晶体塑性理论研究现状16-18
• 1.5 主要研究内容18-19
• 第2章 晶体塑性变形基本理论19-29
• 2.1 晶体塑性基本理论19-20
• 2.1.1 材料的晶体结构19
• 2.1.2 材料的晶胞19-20
• 2.1.3 晶面指数和晶向指数20
• 2.2 晶体塑性理论20-25
• 2.2.1 晶体变形几何学和运动学理论20-22
• 2.2.2 晶体弹性本构定律22-23
• 2.2.3 率相关晶体材料的硬化公式23-25
• 2.3 算法基本理论25-27
• 2.3.1 切线系数法25-26
• 2.3.2 增量公式26-27
• 2.3.3 求解滑移系增量27
• 2.3.4 求解非线性增量27
• 2.4 本章小结27-29
• 第3章 单晶集合体有限元模型的建立29-40
• 3.1 各向异性弹性常数微观模拟29-35
• 3.1.1 第一性原理29-30
• 3.1.2 轴承材料的选用30-31
• 3.1.3 晶体模型的创建31-33
• 3.1.4 各异性弹性常数计算33-35
• 3.2 Voronoi法35-36
• 3.2.1 Voronoi法基本概念35-36
• 3.2.2 Voronoi图的实现36
• 3.3 单晶集合体模型的建立36-39
• 3.3.1 几何模型的建立36-38
• 3.3.2 网格划分38-39
• 3.4 三维单晶集合体的建立39
• 3.5 本章小结39-40
• 第4章 ABAQUS用户材料子程序UMAT二次开发40-51
• 4.1 引言40
• 4.2 UMAT子程序40-45
• 4.2.1 UMAT子程序简介40-41
• 4.2.2 UMAT子程序与子程序函数41-42
• 4.2.3 UMAT子程序和主程序的结合42-45
• 4.3 UMAT参数定义及调用45-47
• 4.3.1 UMAT子程序参数定义45-46
• 4.3.2 UMAT子程序调用46-47
• 4.4 晶体模型有限元模拟分析47-48
• 4.5 晶体模型优化计算48-50
• 4.6 本章小结50-51
• 第5章 基于细观微结构的微裂纹扩展分析51-64
• 5.1 引言51
• 5.2 疲劳微裂纹的形成51-54
• 5.2.1 疲劳微裂纹的定义与分类51-52
• 5.2.2 疲劳微裂纹的萌生52-54
• 5.2.3 疲劳微裂纹的扩展54
• 5.3 滚动接触疲劳实验54-59
• 5.3.1 实验目的54-55
• 5.3.2 实验前的准备55-57
• 5.3.3 实验过程57
• 5.3.4 组织分析57-58
• 5.3.5 实验结果分析58-59
• 5.4 微裂纹扩展模拟59-61
• 5.4.1 创建裂纹59-60
• 5.4.2 定义输出变量和加载条件60-61
• 5.5 有限元分析结果61-63
• 5.6 本章小结63-64
• 结论64-66
• 参考文献66-70
• 致谢70

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 王莹;转盘轴承的应用与选择[J];轴承;2005年08期

2 方成刚;高学海;黄筱调;王华;朱飞;;风电转盘轴承的设计与制造[J];轴承;2009年09期

3 苏立樾,贺向阳;转盘轴承的选型计算[J];轴承;2003年04期

4 刘志强,徐辉;转盘轴承的选型计算[J];机械设计与制造;2005年02期

5 ;瓦轴特大型转盘轴承填补国内空白[J];机械;2008年S1期

6 陈龙;张慧;邱明;夏新涛;;转盘轴承螺栓连接特性分析[J];轴承;2009年08期

7 翟守才;杜海若;;转盘轴承力矩载荷下的变形计算[J];中国高新技术企业;2009年21期

8 王思明;许明恒;史小辉;;两类转盘轴承的力学性能对比分析[J];中国工程机械学报;2010年01期

9 闫佳飞;邱明;赵滨海;陈龙;柏耀星;;四点接触球转盘轴承许用接触应力试验[J];机械设计与研究;2012年02期

10 方成刚;陈捷;谢冬华;孙冬梅;王华;;基于无线传输的智能风电转盘轴承测试系统设计及实现[J];轴承;2012年12期

中国重要会议论文全文数据库 前3条

1 于炜;张莹;湛华海;;大型转盘轴承在风洞中的应用[A];中国空气动力学会测控技术专委会第六届四次学术交流会论文集[C];2013年

2 闫佳飞;邱明;赵滨海;柏耀星;陈龙;;基于正交设计方法的转盘轴承连接螺栓有限元分析[A];2011年全国青年摩擦学与表面工程学术会议论文集[C];2011年

3 苑锴;;CT机转盘轴承试验机的设计[A];第三届十省区市机械工程学会科技论坛暨黑龙江省机械工程学会2007年年会论文（摘要）集[C];2007年

中国重要报纸全文数据库 前3条

1 鞠家田邋记者 李楠;瓦轴成为全国最大转盘轴承生产基地[N];大连日报;2007年

2 记者 龚砚庆 通讯员 王勤 杨云钦;特大型转盘轴承在洛轴诞生[N];河南日报;2010年

3 鞠家田　记者 李楠;瓦轴34个项目报捷[N];大连日报;2009年

中国硕士学位论文全文数据库 前8条

1 毛德胜;四点接触球转盘轴承承载能力分析[D];上海应用技术学院;2015年

2 张建;基于柔性支撑的转盘轴承性能及结构参数研究[D];大连理工大学;2015年

3 刘栋;风电转盘轴承细观微结构力学分析与ABAQUS二次开发[D];燕山大学;2016年

4 闫佳飞;四点接触球转盘轴承寿命影响因素的分析与研究[D];河南科技大学;2012年

5 史朋飞;薄壁四点接触球转盘轴承的性能分析[D];河南科技大学;2013年

6 程亚兵;精密交叉圆柱滚子转盘轴承刚性分析[D];河南科技大学;2014年

7 籍永刚;特大型风电四点接触球轴承摩擦性能分析[D];河南科技大学;2013年

8 黄东升;复杂系统有限元建模技术及其在轻型火炮中的应用研究[D];南京理工大学;2013年

，

本文编号：565761