abaqus齒輪磨損仿真的案例
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(jié)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(shù)；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(shù)；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(xiàn)摩擦塊磨損行為的求解，可以通過調(diào)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(shù)，見表1。
表1 氮化鋁的JH-2模型參數(shù)[12]
在ABAQUS中編譯inp文件可構(gòu)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(jié)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(jié)點編號。可得最大磨損量發(fā)生在節(jié)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(huán)磨損</strong></p><p><strong>4.1 方法一：縮放磨損系數(shù) (Abaqus/Explicit)</strong></p><p>對于需要模擬大量物理循環(huán)（如數(shù)百萬次）的場景，可將<span style="background-color: rgb(239, 240, 241);">N</span>個物理循環(huán)合并為單個模擬循環(huán)。</p><p><span style="color: rgb(51, 112, 255);">? </span><strong>原理</strong>：在磨損系數(shù)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(shù)為實際系數(shù)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(huán)內(nèi)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(huán) (Abaqus/Standard)</strong></p><p>利用Abaqus/Standard的分析步循環(huán)功能，重復執(zhí)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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