abaqus磨損仿真的案例
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基于ABAQUS的AlN絕緣涂層磨損機理仿真研究
圖1 氮化鋁摩擦磨損實驗幾何模型
1.2 ABAQUS/Standard中的Archard磨損模型
Archard磨損模型是使用最為廣泛的一種磨損模型，多用于預測每個節點的材料去除率[8]，其通用形式：
式中:V—磨損過程中去除材料的體積；s—滑行距離；F—法向載荷；K—無量綱磨損系數；H—磨損材料的硬度。對公式進行推導和變形可得到：
式中：hi+1—進行到（i+1）次增量步時的總磨損量；pi—第i次增量步時的接觸壓力；kD為無量綱磨損系數；hi—第i次增量步的磨損深度。在有限元仿真計算當中，為了實現摩擦塊磨損行為的求解，可以通過調用UMESHMOTION子程序，利用Archard磨損模型求得摩擦塊的磨損量。
1.3 ABAQUS/Explicit中的JH-2磨損模型
Johnson-Holmquist (JH-2）模型是一種彈塑性損傷材料模型，常用于描述大應變率和高壓下的玻璃和陶瓷等脆性材料，該模型能夠捕捉脆性材料的去除機制[11]，氮化鋁材料的JH-2模型相關常數，見表1。
表1 氮化鋁的JH-2模型參數[12]
在ABAQUS中編譯inp文件可構建JH-2陶瓷損傷模型，見圖2，在裝配時輸入由Archard模型計算的磨損深度a。為模擬涂層材料的破損需在單元設置中勾選單元刪除，載荷施加方向為摩擦力方向，為滾動體施加在摩擦方向的線速度。采用動力顯式分析對磨損過程進行求解。
圖2 磨損去除材料模型
2 結果和討論
2.1 磨損深度
圖3為法向載荷3N且滑行距離200mm時氮化鋁基板自適應面上的磨損量，Y軸為磨損深度，X軸為節點編號。可得最大磨損量發生在節點79744，磨損深度為6.90×10-9mm。
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高級建模策略：大量循環磨損</strong></p><p><strong>4.1 方法一：縮放磨損系數 (Abaqus/Explicit)</strong></p><p>對于需要模擬大量物理循環（如數百萬次）的場景，可將<span style="background-color: rgb(239, 240, 241);">N</span>個物理循環合并為單個模擬循環。</p><p><span style="color: rgb(51, 112, 255);">? </span><strong>原理</strong>：在磨損系數中引入縮放因子<span style="background-color: rgb(239, 240, 241);">N</span>。即，在仿真中使用的磨損系數為實際系數乘以<span style="background-color: rgb(239, 240, 241);">N</span>。</p><p><span style="color: rgb(51, 112, 255);">? </span><strong>要求</strong>：需合理控制<span style="background-color: rgb(239, 240, 241);">N</span>的大小，以確保單個模擬循環內局部接觸應力分布變化不大，從而保證磨損積分精度。</p><p><strong>4.2 方法二：分析步循環 (Abaqus/Standard)</strong></p><p>利用Abaqus/Standard的分析步循環功能，重復執行某一分析步或分析步序列，直至滿足終止條件（如達到目標磨損量）。
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[圖片]
ABAQUS橡膠磨損：幫助文檔輪胎磨損例子
3.1.8 Tread wear simulation using adaptive meshing in Abaqus/Standard
3．1.8使用自適應網格在Abaqus/Standard中進行輪胎磨損仿真分析
軟件：Abaqus/Standard
這個例子在Abaqus/Standard中使用自適應網格技術對穩態滾動的輪胎進行建模。這次分析使用類似“Steady-state rolling analysis of a tire”Section 3.1.2來建立穩態滾動輪胎的接地印跡和狀態。接著，進行穩態傳輸分析來計算和推測持續分析步，在穩態過程中產生一個近似瞬態磨損解。
問題描述和建模
輪胎描述和有限元建模和“Import of a steady-state rolling tire，”Section 3.1.6一樣，但是有一些不一樣，在這里需要指出。由于這次分析的中心是輪胎磨損，所以胎面建模需要更加精細。另外臺面使用線性彈性材料模型來避免超彈性材料在網格自適應過程中不收斂。
圖1所示的是軸對稱175SR14輪胎的一半模型。橡膠層用CGAX4和 CGAX3單元建模。加強層使用帶有rebar層的SFMGAX1單元模擬。橡膠層和加強層之間潛入單元約束。橡膠層的彈性模量為6Mpa，泊松比為0.49。剩下的輪胎部分用超彈性材料模型模擬。多應變能使用系數C10=10^6,C01=0和D1=2*10^8。用來模擬骨架纖維的剛性層和徑向成0°，彈性模量為9.87Gpa。壓縮系數設置成受拉系數的百分之一。名義應力應變數據用馬洛超彈性模型定義材料本構關系。Belt fibers材料的拉伸彈性模量為172.2Gpa。壓縮系數設置成拉伸系數的的百分之一。
展開 基于COMSOL軟件的摩擦磨損數值仿真 ￥1000
<p>本案例建立了一簡化軌道和半球體結構，基于<a href="https://www.yqgqt.org.cn/major/comsol" rel="noopener noreferrer" target="_blank">COMSOL軟件</a>仿真了半球體結構在軌道中往復移動過程中，對軌道的摩擦應力以及對軌道的磨損量進行了計算，仿真結果如圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/deca87c7b6dd4068b89a69ae1a930016.gif" alt="Untitled1.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>軌道摩擦受到的應力動態分布</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/53899b728aff47d1b153b6396e2c1308.gif" alt="Untitled2.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>軌道上凸起結構的磨損量分布</strong></p><p>感興趣的朋友可下載模型源文件，歡迎交流合作</p><p><br></p>
展開 金屬切削過程刀具磨損仿真
目前已經完成金屬切削過程中的刀具磨損仿真，通過ABAQUS實現，具體流程的程序可以聯系QQ2014815906
Deform 磨損仿真案例 ￥9.99
<p><strong>好久沒有更新DEFORM計算算例了，今天來更新一個磨損的仿真案例。磨損在各種加工過程中很常見，是零部件失效的一種基本類型，所以我們要盡可能的避免這個問題。</strong></p><p><br></p><p><strong>下面就通過有限元仿真的方法來了解壓縮過程中的模具磨損情況。</strong></p><p><br></p><p><strong>1、首先新建一個3D問題，并命名為Toolwear</strong></p><p class="ql-align-center"><img src="https://img.jishulink.com/202103/imgs/46f2fb4e2e8347438cdfda97d86e10fa"></p><p><br></p><p class="ql-align-center"><img src="https://img.jishulink.com/202103/imgs/2822f87820524cc98aca1cbb0ab22b2a"></p><p><br></p><p><br></p><p><strong>2、進入前處理界面之后，勾選Heat transfer，因為要考慮坯料與模具摩擦生熱的情況。
展開 ANSYS摩擦磨損仿真 ￥49
磨損量統計
MARC進行磨損仿真
采用MARC軟件進行磨損計算，磨損計算基于Archard模型。軟件的基本操作及相關理論背景可自行查閱相關資料，本例僅介紹關鍵建模步驟。模型僅為演示作用，具體參數及網格劃分尺寸為隨意選定。
進行磨損計算時，兩個關鍵參數分別為磨損系數K和循環次數DN。進行磨損計算時，若對每個循環進行計算，將帶來巨大計算量，因此通常假設一定的循環次數內接觸應力和相對滑移保持不變，即以一次循環計算結果代表DN次循環計算結果。
計算案例如下圖，在接觸載荷Fp的作用下，紅色滑塊在藍色平板上作往復移動。
磨損計算關鍵參數設置如下
1磨損系數設置
2循環次數DN設置
磨損過程中磨損深度變化動畫如下
磨損前后滑塊對比圖如下
提供網格文件及命令流文件供學習參考。
EX3.zip
展開 基于COMSOL軟件仿真輪胎磨損 ￥800
本案例基于COMSOL軟件仿真了輪胎運動過程中的受力及磨損量，磨損模型采用經典的Archard模型，輪胎與地面接觸面為磨損面，磨損量與接觸壓力、摩擦系數、相對滑動速度與磨損系數有關。仿真結果展示如下：
車輪應力分布云圖
車輪與地面接觸磨損量的變化
感興趣的朋友，可下載模型源文件，進行交流。
刀具磨損仿真核心技術簡介
3）除此之外，我們也可以利用基本模型的數據：滑動速度、接觸壓力和接觸面溫度進行子程序開發以定義其他的刀具磨損模型。
2.網格重劃分技術
切削仿真過程中，受刀具磨損的影響刀具幾何形狀逐漸發生改變。如果網格劃分不當就容易產生網格畸變，進而在網格變形以及溫度迭代計算過程就會產生不收斂現象，這會在一定程度上影響仿真數據的準確性，嚴重的會導致計算停止。
利用ALE自適應網格技術可以解決由于大塑性變形導致單元畸變的問題，當單元在切削仿真過程中達到仿真前處理中所設置的網格重劃分標準或者網格不可用（雅克比矩陣為負值）的情況下，網格就會自動重劃分。刀具磨損仿真中的四個網格重劃分標準：單元穿透率、刀具行程、切削時間、增量步長。在仿真過程中，我們可以根據具體工況和精度、效率等要求靈活調整以上標準的具體值，也可以使用軟件默認的數值。
3.刀具磨損仿真流程
4.刀具磨損仿真軟件
可用于刀具磨損的仿真軟件有四種，分別是：abaqus、dyna、advantedge和deform。其中前兩種屬于通用仿真軟件，后兩種屬于專用切削仿真軟件。Advantedeg軟件的刀具磨損目前只支持Chip Load 為常數的2D車削、3D車削及3D環槽,不支持涂層刀具。Deform軟件可以做二維和三維的車削、銑削和鉆削刀具磨損仿真。
5.刀具磨損仿真技術展望
目前的刀具磨損預測大多是假設刀具為正常磨損，忽略了崩刃、剝落等破損情況，可以將這些破損方式加以考慮進行進一步研究，使模擬與真實的刀具磨損過程更加接近。刀具磨損率方程較多，但大多為基于某種單一的磨損機理建立的方程。磨損率方程中的系數大多 由切削碳鋼獲取且年代較久，難以適應目前工件材料和刀具材料的快速變化，應用這些方程進行仿真有可能獲得錯誤的結論，因此今后在建立新的磨損率模型方面可以做進一步研究。
展開 考慮摩擦生熱時的磨損有限元仿真 ￥100
本例為上一例的延續，在進行磨損仿真時，考慮摩擦產熱及摩擦系數、磨損系數隨溫度的變化，需進行熱/結構仿真，可拓展應用于剎車制動等領域。
本例所設置摩擦系數隨溫度變化曲線如下
磨損系數隨溫度變化曲線如下
磨損深度變化動畫如下
滑塊溫度變化動畫如下，可見在接觸位置由于摩擦不斷產生熱量，由接觸位置逐漸向其他位置擴散。
使用MSC.MARC的磨損仿真實例
該模型是一個鎖機構，指型鎖在上鎖和開鎖的過程中與基座之間會產生磨損。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生磨損。
本文將講述如何使用MSC.MARC實現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使用的磨損本構模型是Archard磨損計算模型，本構方程如下：
V=KNL/H
此時，式子中的K即為磨損系數。
通常，K的大小表示的是一個材料在磨損過程中產生磨粒的概率。并且各種不同材料構成的摩擦副所對應的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生磨損有關的因素是法向壓力、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，磨損系數也會有很大的差異，所以磨損系數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生磨損概率的大小，所以，磨損系數不易確定，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，應該根據本實驗來確定機構的磨損系數，即在使用有限元仿真的過程中，確定磨損系數是保證整個運算結果是否準確的關鍵。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據，可供設置系數時參考，如下表所示。
展開 workbench變溫變載工況下磨損仿真分析 ￥14
workbench變溫變載工況下磨損仿真分析
