Abaqus軸承的案例
基于ABAQUS的滾子軸承保持架橫梁裂紋擴(kuò)展仿真分析
基于ABAQUS的滾子軸承保持架橫梁裂紋擴(kuò)展仿真分析
Cliff_Shi 重慶大學(xué) 400044
1. 摘要
滾子軸承在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)在滾動(dòng)體與保持架之間產(chǎn)生較大的沖擊載荷，導(dǎo)致應(yīng)力集中分布在保持架橫梁的彎折位置，誘發(fā)保持架裂紋的萌生與擴(kuò)展，影響軸承性能與壽命。針對(duì)這一問(wèn)題，建立了3D保持架橫梁有限元模型，仿真分析了保持架橫梁在連續(xù)沖擊載荷作用下的裂紋萌生與擴(kuò)展過(guò)程，結(jié)果顯示，保持架末端裂紋呈近似45?擴(kuò)展，結(jié)果為滾子軸承保持架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了有益指導(dǎo)。
2. 問(wèn)題/任務(wù)描述
滾子軸承在運(yùn)行過(guò)程中，滾動(dòng)體在載荷區(qū)推動(dòng)保持架轉(zhuǎn)動(dòng)，而保持架在非承載區(qū)推動(dòng)滾動(dòng)體轉(zhuǎn)動(dòng)，滾動(dòng)體與保持架之間的載荷具有作用時(shí)間短，載荷幅值大的沖擊特征，而滾動(dòng)體與保持架的打滑加劇了兩者之間的沖擊程度，容易導(dǎo)致保持架橫梁在端部萌生裂紋與擴(kuò)展而發(fā)生斷裂，影響滾子軸承的服役性能和壽命。如圖1所示，滾動(dòng)體與保持架在區(qū)域A和B發(fā)生接觸，載荷分布面積較小，沖擊幅值較大，應(yīng)力容易在區(qū)域A、B、C和D區(qū)域集中分布，導(dǎo)致該區(qū)域內(nèi)裂紋萌生，在滾動(dòng)體的反復(fù)沖擊作用下，裂紋擴(kuò)展直至保持架橫梁斷裂。具體參考《滾針軸承滾針—保持架沖擊碰撞特征仿真分析》一文[1]。
圖1 保持架應(yīng)力集中區(qū)域A、B、C和D
3. 仿真計(jì)算采用的設(shè)備基本情況（CPU、內(nèi)存等）
Intel(R) Core(TM) i7-8565U CPU @ 1.80GHz 1.99 GHz
8.00 GB (7.88 GB 可用)
Abaqus 6.14
4.
展開(kāi) ABAQUS軸承模態(tài)分析
ABAQUS軸承模態(tài)分析
算例丨基于ABAQUS的滾子軸承保持架橫梁裂紋擴(kuò)展仿真分析
如圖2所示為滾子軸承保持架橫梁XFEM模型，局部裂紋布置在保持架橫梁末端，保持架橫梁長(zhǎng)30 mm，寬度為2 mm，材料為鋼。在建模過(guò)程中，采用ANSA建立保持架橫梁健康狀態(tài)下的有限元模型，并將其以INP文件導(dǎo)入ABAQUS中，在PART中建立裂紋部件，并將其組合到一起，共121249個(gè)單元。
圖2 滾子軸承保持架XFEM模型
關(guān)鍵步驟如下：
1）如圖3所示為材料定義和裂紋擴(kuò)展屬性定義；
圖3 材料定義和裂紋擴(kuò)展屬性定義
2）如圖4所示為求解載荷步定義；
圖4 載荷步定義
3）如圖5所示為裂紋區(qū)域及裂紋位置定義；如圖6為裂紋Interaction定義；
圖5裂紋區(qū)域及裂紋位置定義
圖6 裂紋Interaction定義
4）如圖7所示為定義載荷與約束；
圖7 定義載荷與約束
5）如圖8所示求解。
圖8 求解
三、結(jié)果與討論
如圖9所示為保持架橫梁末端裂紋的擴(kuò)展趨勢(shì)圖，結(jié)果顯示，初試裂紋深度為0.45 mm，垂直于保持架橫梁表面，施加載荷為708 N。裂紋在開(kāi)始擴(kuò)展以后，首先向深度方面延伸，然后裂紋擴(kuò)展方向發(fā)生明顯改變，如圖10所示，裂紋出現(xiàn)偏斜，角度約為45?，向橫梁另一面擴(kuò)展。如圖11所示為裂紋狀態(tài)圖（PHILSM），表示裂紋面上，距離裂縫的等高線（值有正有負(fù)）。如12表示保持架橫梁裂紋的statuxfem開(kāi)裂狀態(tài)，當(dāng)=1時(shí)（紅色），表示完全開(kāi)裂；當(dāng)=0時(shí)（深藍(lán)色），標(biāo)識(shí)完全不開(kāi)裂；當(dāng)0~1之間時(shí)，不同開(kāi)裂程度。
展開(kāi) 深溝球軸承靜強(qiáng)度分析（abaqus） ￥25
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深溝球軸承的動(dòng)態(tài)分析，施加徑向載荷2000N，內(nèi)圈施加旋轉(zhuǎn)速度18000r/min。分析步時(shí)間為0.01秒
基于ABAQUS的滾子軸承保持架橫梁裂紋擴(kuò)展仿真分析
如圖2所示為滾子軸承保持架橫梁XFEM模型，局部裂紋布置在保持架橫梁末端，保持架橫梁長(zhǎng)30 mm，寬度為2 mm，材料為鋼。在建模過(guò)程中，采用ANSA建立保持架橫梁健康狀態(tài)下的有限元模型，并將其以INP文件導(dǎo)入ABAQUS中，在PART中建立裂紋部件，并將其組合到一起，共121249個(gè)單元。
圖2 滾子軸承保持架XFEM模型
關(guān)鍵步驟如下：
1）如圖3所示為材料定義和裂紋擴(kuò)展屬性定義；
圖3 材料定義和裂紋擴(kuò)展屬性定義
2）如圖4所示為求解載荷步定義；
圖4 載荷步定義
3）如圖5所示為裂紋區(qū)域及裂紋位置定義；如圖6為裂紋Interaction定義；
圖5裂紋區(qū)域及裂紋位置定義
圖6 裂紋Interaction定義
4）如圖7所示為定義載荷與約束；
圖7 定義載荷與約束
5）如圖8所示求解。
圖8 求解
三
結(jié)果與討論
如圖9所示為保持架橫梁末端裂紋的擴(kuò)展趨勢(shì)圖，結(jié)果顯示，初試裂紋深度為0.45 mm，垂直于保持架橫梁表面，施加載荷為708 N。裂紋在開(kāi)始擴(kuò)展以后，首先向深度方面延伸，然后裂紋擴(kuò)展方向發(fā)生明顯改變，如圖10所示，裂紋出現(xiàn)偏斜，角度約為45?，向橫梁另一面擴(kuò)展。如圖11所示為裂紋狀態(tài)圖（PHILSM），表示裂紋面上，距離裂縫的等高線（值有正有負(fù)）。如12表示保持架橫梁裂紋的statuxfem開(kāi)裂狀態(tài)，當(dāng)=1時(shí)（紅色），表示完全開(kāi)裂；當(dāng)=0時(shí)（深藍(lán)色），標(biāo)識(shí)完全不開(kāi)裂；當(dāng)0~1之間時(shí)，不同開(kāi)裂程度。
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10.分析求解
本文禁止轉(zhuǎn)載或摘編
基于云平臺(tái)的Hypermesh與Abaqus聯(lián)合仿真（軸承底座）
小編在這里展示一個(gè)Hypermesh與Abaqus的聯(lián)合仿真案例：
本次聯(lián)合仿真使用Hypermesh進(jìn)行前處理，然后在Abaqus中設(shè)置并計(jì)算，最后使用Hyperview查看結(jié)果。
1. 在Hypermesh中進(jìn)行前處理
Hypermesh作為一個(gè)強(qiáng)大的前處理工具，可以與大部分主流的CAE軟件進(jìn)行無(wú)縫連接，例如Fluent, Abaqus, Nastran。大部分公司在做前處理時(shí)，都會(huì)考慮使用Hypermesh。
首先，我們打開(kāi)Hypermesh
點(diǎn)擊圖中紅框內(nèi)的圖標(biāo)，會(huì)彈出User Profiles窗口，在這里可以選則所需的類型，如Abaqus, Actran, LsDyna等。我們此次選擇的時(shí)Abaqus，然后點(diǎn)擊OK。
選擇完類型后，點(diǎn)擊左上方File，選擇import，再選擇Model
選擇需要導(dǎo)入的文件類型，點(diǎn)擊import（如：選擇紅框內(nèi)的import geometry,再點(diǎn)擊箭頭所指的選項(xiàng)，最后選擇需要的文件）
成功導(dǎo)入模型。值得注意的是，必須導(dǎo)入擁有體積的模型，而不是一個(gè)殼體，因?yàn)闅んw無(wú)法在之后劃分三維網(wǎng)格。
展開(kāi) 基于ABAQUS之轉(zhuǎn)子軸承模擬及轉(zhuǎn)子振動(dòng)仿真
針對(duì)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其在軸承支承作用下旋轉(zhuǎn)工作。無(wú)論是轉(zhuǎn)子靜強(qiáng)度仿真，還是轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)仿真，其關(guān)鍵都在于軸承的有效模擬。一般的，對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行相關(guān)仿真時(shí)，處理軸承的方法有兩種：一是畫出軸承的實(shí)體模型，將其作為轉(zhuǎn)子相互作用結(jié)構(gòu)參與整個(gè)轉(zhuǎn)子模型的仿真；另一種是對(duì)軸承的參數(shù)如支承剛度和阻尼等進(jìn)行等效計(jì)算，并將這些參數(shù)作為轉(zhuǎn)子仿真分析的輸入條件。顯然，前者是十分繁瑣的，且對(duì)軸承的模型需經(jīng)一番研究方可合理建出。而后者則是普遍被采用的方法，在等效參數(shù)較合理時(shí)可獲得較好的結(jié)果。
在ABAQUS中，其實(shí)也可以采用第二種方法進(jìn)行軸承的模擬，通過(guò)換算并給定合理軸承剛度和阻尼，便可有效模擬軸承對(duì)轉(zhuǎn)子的作用。如下面一個(gè)單盤轉(zhuǎn)子：
其兩端軸頸由兩個(gè)軸承支承，經(jīng)模擬軸承作用，并進(jìn)行轉(zhuǎn)子的振動(dòng)仿真。可得結(jié)果如下：（詳細(xì)計(jì)算操作詳細(xì)過(guò)程詳見(jiàn)教程：http://www.yqgqt.org.cn/college/video/c10220，若有疑問(wèn)，歡迎咨詢）
一階彎曲
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球軸承靜載仿真模型，所有參數(shù)均設(shè)置完畢，適合于第一次接觸球軸承仿真的學(xué)習(xí)者。文件較大，平臺(tái)無(wú)法上傳，請(qǐng)付款后憑付款截圖聯(lián)系QQ：215243826獲取模型。
軸承底座的靜力學(xué)強(qiáng)度分析案例 | SupreStat公測(cè)招募中
軸承座裝配體的有限元分析[J]. 機(jī)械研究與應(yīng)用,2016,29(5):9-11,14. DOI:10.16576/j.cnki.1007-4414.2016.05.003.
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展開(kāi) 
看完這些實(shí)例，保證你對(duì)ABAQUS有“撥開(kāi)云霧見(jiàn)青天”的感覺(jué)
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