微接触区域挤压油膜流动行为的SPH数值模拟研究

发布时间：2017-10-07 11:49

  本文关键词：微接触区域挤压油膜流动行为的SPH数值模拟研究

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【摘要】：轴承作为机械设备重要的零部件,它的使用寿命和工作性能对于机械设备是否能够正常运转影响非常大。尤其是随着机械设备更加精密、转速更高以及承载能力更强,这就对于轴承性能的要求更加严格,这就要求轴承具有高速转动以及承载能力大的特点。轴承润滑是影响轴承性能的一个关键因素,良好的润滑能够提高轴承的承载能力以及使用寿命,这是机械设备能够正常运行的重要保障。因此,轴承的润滑受到人们的普遍关注。实验和数值模拟是研究轴承运动特性以及进行动态分析的主要途径。然而实验研究方法通常受到操作、外部环境等因素的影响,可能导致实验结果的偏差。数值模拟方法是一种排除各种人为、外界因素影响的研究方法,越来越多的研究人员通过模拟的方法来进行轴承润滑机理的研究。目前,大多数模拟都是通过有限元仿真软件进行分析计算的,对于一些简单的结构方面的分析,这种方法尚可,但是对于流体动力学方面的分析,如果使用这种方法,由于流体流动的任意性,在计算的时候需要在每一个时间步长对分析模型进行网格划分重新计算,在这个过程中可能会出现网格的扭曲变形以及突变,导致分析结果不准确。因此有限元法对于高速碰撞、大变形以及自由表面流等非线性问题的解决有一定的局限性。为了能够更好的解决这一问题,需要寻求新的方法来解决这一类复杂的非线性流问题。光滑粒子流体动力学是基于拉格朗日的一种无网格粒子法,它的优势在于没有固定的网格来将节点连接起来,而是由一系列具有独立属性的单个粒子联系起来,并且在一系列方程的控制下进行模拟计算的。本文主要应用光滑粒子流体动力学(Smoothed Particle Hydrodynamics-SPH)方法的基本理论对轴承微接触区域挤压油膜的数学模型进行离散,将油膜粒子分解为单个粒子,这些粒子携带者各自的质量、密度、速度、粘度、内能等物理属性,并且在控制方程的约束下进行运动。离散后的油膜与真实情况下的油膜一致。因此能够较为准确的描述挤压油膜的运动规律。本文通过应用SPH方法对微接触区域主要进行以下几方面的研究:1.根据简化的轴承几何模型建立它的数学模型,然后基于SPH方法的基本理论并结合Navier-Stokes方程,利用C语言研发了考虑油膜非线性流动行为的数值分析软件,然后对特殊的微接触区域挤压油膜流动行为进行了适当的简化并建立了SPH数值计算模型。2.根据建立的SPH数值计算模型,选择合适的控制方程,对模型进行计算分析。探讨挤压油膜的粘度对微接触区域在充分富油条件下的挤压油膜流动特性的影响。3.在充分富油润滑状态下改变油膜粘度,分析了油膜粘度对微接触区域挤压油膜压强和速度的影响规律。
【关键词】：光滑粒子流体动力学 挤压油膜 非线性流动性为 润滑状态 微接触区域
【学位授予单位】：新疆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH133.3;TH117
【目录】：

• 摘要2-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-17
• 1.1 国内外研究进展和现状8-10
• 1.2 SPH方法研究现状及应用10-11
• 1.3 SPH方法的研究现状11-13
• 1.4 SPH方法在数值模拟问题中的应用13-15
• 1.5 本文的研究背景15-16
• 1.6 本文的主要工作16-17
• 第二章 SPH方法的基本理论研究17-31
• 2.1 SPH方法的概述17-21
• 2.1.1 SPH方法的基本思想17-18
• 2.1.2 SPH方法的基本方程18-21
• 2.2 SPH方法中几个关键概念21-31
• 2.2.1 光滑函数21-25
• 2.2.2 支持域与影响域25-27
• 2.2.3 光滑长度27-28
• 2.2.4 人工粘性28-31
• 第三章 广义流体动力学中光滑粒子流体动力学方法的应用31-41
• 3.1 Lagrange型的Navier-Stokes方程31-32
• 3.2 纳维-斯托克斯方程的SPH描述32-34
• 3.2.1 密度的SPH描述32-33
• 3.2.2 动量的SPH描述33
• 3.2.3 能量方程的SPH描述33-34
• 3.3 SPH方法在流体动力学中的关键因子34-41
• 3.3.1 边界处理34-35
• 3.3.2 粒子的初始配置35-36
• 3.3.3 最近相邻粒子搜索法36-38
• 3.3.4 时间积分38-41
• 第四章 SPH程序结构和算例验证41-46
• 4.1 计算方法41
• 4.2 程序流程图41-42
• 4.3 算例验证42-46
• 第五章 微接触区域挤压油膜SPH数值模拟研究46-56
• 5.1 润滑油油膜的SPH建模46-47
• 5.2 初始条件和计算区域设置47-48
• 5.3 相同粘度下油膜的数值模拟研究48-53
• 5.4 不同粘度下挤压油膜数值模拟分析53-55
• 5.5 数值模拟结果讨论55-56
• 第六章 结论、创新与展望56-58
• 6.1 结论56
• 6.2 创新点56
• 6.3 存在的问题与进一步工作的展望56-58
• 参考文献58-63
• 论文发表和学术活动63-64
• 致谢64-65

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本文编号：987661