該模型是一個鎖機構(gòu)，指型鎖在上鎖和開鎖的過程中與基座之間會產(chǎn)生磨損。如下圖所示，與地面固連的是基座，上下運動的是指型鎖。鎖的表面會和基座在相對運動中產(chǎn)生磨損。

本文將講述如何使用MSC.MARC實現(xiàn)對該磨損的有限元仿真，最后將輸出指型鎖的磨損量wear index。

                                             

由于該卡爪鎖是軸對稱的，所以只取其中一個指進行計算仿真。

Marc使用的磨損本構(gòu)模型是Archard磨損計算模型，本構(gòu)方程如下：

V=KNL/H                     

此時，式子中的K即為磨損系數(shù)。

通常，K的大小表示的是一個材料在磨損過程中產(chǎn)生磨粒的概率。并且各種不同材料構(gòu)成的摩擦副所對應(yīng)的K差別巨大，并且可以知道材料的磨損與摩擦形成和法向壓力成正比，與材料的硬度成反比。此式就是Archard的磨損模型，式中認為與摩擦副產(chǎn)生磨損有關(guān)的因素是法向壓力、摩擦的距離和材料硬度，但是在磨損的過程中，還有其他因素的影響，即使相同材料的磨損在不同的情況下，磨損系數(shù)也會有很大的差異，所以磨損系數(shù)K的物理意義其實是排除了前三個磨損因素外的所有影響磨損的因素的集合，代表了一個摩擦副可能發(fā)生磨損概率的大小，所以，磨損系數(shù)不易確定，并且變動的范圍很大，因此，對于特定的工作工況，如此次的指型鎖卡住脫開實驗，應(yīng)該根據(jù)本實驗來確定機構(gòu)的磨損系數(shù)，即在使用有限元仿真的過程中，確定磨損系數(shù)是保證整個運算結(jié)果是否準確的關(guān)鍵。在理想條件下，研究者在理想條件下測的了一些金屬接觸的實驗數(shù)據(jù)，可供設(shè)置系數(shù)時參考，如下表所示。

 常見碳鋼實驗?zāi)p系數(shù)K

以上的磨損系數(shù)是在實驗數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上得到的，它們與實際的工況最大的區(qū)別就是實際工況中，摩擦的環(huán)境更復(fù)雜；磨損的作用時間更長，包括了指型鎖的整個使用周期；法向壓力是變化的，這種變化可能導(dǎo)致接觸表面產(chǎn)生新的凸起和凹陷，從而導(dǎo)致磨損的加劇。

1.  導(dǎo)入模型。

卡爪鎖模型是inp類型的網(wǎng)格文件，使用hm生成，其中接觸的部分進行了網(wǎng)格優(yōu)化以便磨損計算。該網(wǎng)格文件使用hm導(dǎo)出后可以直接導(dǎo)入marc?；莿傮w，直接以IGS文件導(dǎo)入。如下圖所示：

 

2.  賦予網(wǎng)格材料屬性

如下圖所示。材料使用普通碳鋼。

 

 

3.  硬度和磨損系數(shù)

然后，在wear模塊中設(shè)置相應(yīng)的硬度和磨損系數(shù)，其中硬度為193，磨損系數(shù)為0.0003。如下圖所示：

 

4.  設(shè)置摩擦系數(shù)

在contact body中設(shè)置變形體的摩擦系數(shù)。摩擦系數(shù)為0.1。如下圖所示：

 

然后在contact table中設(shè)置鎖與基座的接觸關(guān)系，如下圖所示：

 

5.  設(shè)置邊界條件

然后設(shè)置邊界條件?；鶠榧s束三個方向的位移，鎖為約束x，z方向的位移，如下圖所示：

 

 

y方向通過一個table設(shè)置它的位移。如下圖所示：

 

6.  后處理結(jié)果

本次仿真共進行了500次的循環(huán)磨損，數(shù)值仿真過程中各個階段的磨損情況如下圖所示。

脫開卡住0次

脫開卡住100次

脫開卡住200次

脫開卡住300次

脫開卡住400次

脫開卡住500次

各個階段的磨損云圖

由以上云圖可以看出接觸表面的磨損過程，不同的磨損階段對應(yīng)的云圖也有相應(yīng)的區(qū)別。從100次的圖中可以看出，指型鎖的脫開卡住過程中，磨損發(fā)生在指型鎖凸臺的上半部分和下半部分的倒角處，兩個倒角之間的表面幾乎沒有磨損，磨損發(fā)生較嚴重的位置位于下倒角和上倒角的兩端。

從200次到400次的圖中可以看出，在接觸面不斷的相對運動后，磨損的面積會逐漸變大，以最初的磨損最大的位置為中心，逐漸向邊緣擴散，其中磨損最嚴重的的位置將是下倒角處，上倒角沒有下倒角磨損嚴重，但是也在整個倒角上發(fā)生了磨損，上半部分的磨損面積增大的較多，但是磨損并不十分嚴重。

從500次的圖中可以看出，整個數(shù)值仿真實驗完成后，磨損的位置涵蓋了指型鎖凸起的上半部分的表面和下倒角，并且兩個倒角之間的平面的兩側(cè)也發(fā)生了微小的磨損趨勢。從整個磨損的趨勢看出，磨損通常是由表面的點角處開始發(fā)生的，然后沿著較為凸起的邊開始累積，直到整個邊緣產(chǎn)生磨損后，對應(yīng)的面也會產(chǎn)生磨損的趨勢。

詳細建模過程的視頻，見：http://www.yqgqt.org.cn/college/video/c11463?nagivator=course