磨損的案例
ABAQUS橡膠磨損：幫助文檔輪胎磨損例子
最后的分析為磨損分析，來預測磨損或者面消融，根據穩態側傾輪胎得到評估。我們關注由磨損評估結果得到的輪胎外形的改變；因此我們需要介紹在穩態過程中允許瞬態效果的建模假設。
基本的假設是用當前實時持續的滾動角速度來解釋穩態前進分析步。我們認為在任何時候輪胎滾動時輪胎的磨損造成的輪胎外形變化僅僅有很小的效果。因此在整個分析步的每一步穩態的結果都是合適的。有了這些假設，我們就能同時考慮兩個不同時間范圍的效果：短的輪胎轉動時間范圍和長的輪胎壽命時間范圍。
磨損模型
為了舉例說明磨損的過程，假設磨損率是局部接觸壓力和滑移率的線性函數，進行一個簡單的磨損例子。盡管我們能計算這些工程量，由于在穩態移動狀態下使用歐拉公式，他們必須應用于胎面流線來模擬輪胎周長磨損。
磨損率計算
磨損模型如下：
q是體積損失量或者磨損量；k是無量綱磨損系數；H是材料硬度；P是接觸壓力；A是接觸面積；Y是接觸滑移率。在這里我們可以認為用PAy描述摩擦耗損率。對于輪胎橡膠，我們假設磨損系數k=10^-3，材料硬度H=2GPa。
下面開發的目標是材料的磨損表達式能應用于磨損分析的節點上。首先，考慮用一條帶狀物圍繞著輪胎，帶狀物的中心用包含胎面花紋的有序節點來定義。這條中心線是以和每個節點聯系的輔助面的任意一邊作為邊界。這樣的帶狀物包含輪胎與路面接觸的所有面。我們認為發生在帶狀物上的磨損是均勻的；因此我們用下式表達整個帶狀物的磨損率，
其中t是時間，x是當前配置位置。因為我們使用歐拉穩態傳輸處理，現在表達式可以表示為只依賴于時間的方程，
其中S是沿著流線的位置，T（s）是帶狀物在S位置的寬度。
展開 基于ABAQUS的AlN絕緣涂層磨損機理仿真研究
最小磨損量發生在62494號節點，磨損深度為2.60×10-9mm，平均磨損深度為4.65×10-9mm。
圖4為載荷6N且滑行距離200mm時氮化鋁基板的磨損情況，最大磨損深度出現在65254號節點，磨損深度為1.32×10-8mm。最小磨損深度出現在72154號節點，磨損深度為4.09×10-9mm。平均磨損深度為9.22×10-9mm。
圖3 載荷3N下磨損深度
圖4 載荷6N下磨損深度
圖5為載荷9N且滑行距離200 mm氮化鋁基板的磨損情況，最大磨損深度出現在75604號節點，磨損深度為2.20×10-8mm，最小磨損深度出現在110104號節點，磨損深度為9.44×10-9mm，平均磨損深度為1.40×10-9mm。
圖6為三種載荷下的最大磨損節點在不同滑行距離時的磨損深度圖。三種載荷下，磨損深度均隨滑行距離的增加而增加，當滑行距離小于25 mm時，磨損情況基本相同，隨著滑行距離的增加，磨損情況逐漸發生變化，在3N的載荷下，磨損深度增加較為平穩，載荷增加到6N和9N時，磨損深度增加趨勢變大。
圖5 載荷9N下磨損深度
圖6 不同滑行距離下的磨損深度
當滑行距離較小時，三種載荷下的摩擦副都處于磨損磨合期，磨損深度大致相同。載荷增大會直接增大接觸面之間的摩擦力，使得表面接觸位置的最大切應力增加，增加了產生裂紋的可能性。此外，摩擦力增大，所引起的拉應力也會增大，從而使裂紋擴展加劇。在相同的滑動距離下，從3N到6N產生的磨損深度增量明顯大于從6N到9N產生的磨損深度增量。隨著磨損深度的增加，滾動體與涂層之間的接觸面積會增加，導致材料接觸部分所受的應力下降。在同樣的滑行距離下，載荷越大接觸面積的增加越明顯，接觸表面之間的應力下降越顯著，導致磨損深度增加的趨勢下降。
展開 材料的磨損性能及試驗概述
磨損曲線
跑合階段：表面被磨平，實際接觸面積不斷增大，表面應變硬化，形成氧化膜，磨損速率減小；
穩定磨損階段：斜率就是磨損速率，唯一穩定值；大多數機件在穩定磨損階段（AB段）服役；
劇烈磨損階段：隨磨損的增長，磨耗增加，表面間隙增大，表面質量惡化，機件快速失效。
0
2
磨損的評定
磨損時零件表面的損壞是材料表面單個微觀體積損壞的總和。目前對磨損評定方法還沒有統一的標準。這里主要介紹三種方法：磨損量、耐磨性和磨損比。
磨損量分為長度磨損量Wl、體積磨損量Wv、重量磨損量Ww。
耐磨性是指在一定工作條件下材料耐磨損的特性。耐磨性使用最多的是體積磨損量的倒數。
材料耐磨性分為相對耐磨性和絕對耐磨性兩種。材料的相對耐磨性ε是指兩種材料A與B在相同的外部條件下磨損量的比值，其中材料之一的A是標準(或參考)試樣。
εA＝WA/WB
磨損比用于度量沖蝕磨損過程中的磨損。
展開 案例43-接觸表面磨損模擬
案例43-接觸表面磨損模擬
該示例問題模擬接觸表面的磨損。磨損發生在扁平環和在其上旋轉的半球形環之間的界面處。所證明的磨損特性包括磨損引起的材料去除、磨損引起的接觸壓力和面積變化以及穩態條件下磨損率的持續降低。
突出顯示了以下特性和功能：
? 接觸面磨損
? 基于磨損準則的非線性網格自適應
? 用戶自定義的磨損
介紹
磨損是指固體表面與另一物體接觸時材料的逐漸損失。該程序通過在接觸表面重新定位接觸節點來近似這種材料損失。新的節點位置由磨損模型確定，該模型基于接觸結果計算接觸節點移動多少以及沿什么方向移動以模擬磨損。
本示例演示了如何使用Archard Wear模型，并演示了用戶定義的建模磨損（userwear）子程序。
由于磨損涉及材料去除，接觸元件下面的固體單元的單元質量隨著磨損的增加而逐漸變差。需要重新研磨，以成功模擬大量磨損。此示例演示了當模型經歷大量磨損時，如何使用手動重新分區或非線性網格自適應來提高網格質量。
問題描述
半徑為30 mm的銅半球形環在內半徑為50 mm、外半徑為150 mm的鋼扁環上旋轉。半球形環與旋轉軸中心的平環接觸（100 mm處）。
半球形環承受4000 N/mm2的壓力載荷，并且以100000轉/秒的頻率旋轉。半球形環在平環上滑動會導致環磨損。
建模
表示兩個環的二維軸對稱模型被劃分網格并加載，如圖所示。
環用二維軸對稱平面182單元（KEYOP（3）=1）劃分網格。通過用接觸單元（CONTA172）和目標單元（TARGE169）覆蓋表面，在兩個環之間建立無摩擦接觸模型。
創建了該模型的兩個版本，一個具有不對稱接觸，另一個具有對稱接觸。
展開 
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 刀具磨損仿真核心技術簡介
切削加工中的刀具損壞會造成工件報廢，同時也會極大的降低刀具的使用效率、增加生產成本，因此如何準確地預報刀具的磨損對于企業的成本控制和效率提升都具有重要的指導意義。
刀具磨損預測方法主要有三種：經驗公式、解析法和數值模擬。
目前主要是利用刀具耐用度的經驗公式，但是這些公式的應用范圍有限，如果切削加工中的某些工況，如刀具角度、工件材料和切削方式等發生變化，則公式中的系數就不再適用，必需通過大量切削試驗重新確定，因此該種方法難以適應目前高速切削技術及新材料的快速發展；
解析法需要用到刀具應力、刀具溫度、切屑速度、切屑寬度等物理量，而這些物理量的準確值難以獲取且結果與實際存在一定的偏差，因此限制了該種方法在刀具磨損預測中的應用；刀具的磨損是復雜的彈塑性變形動態過程，利用傳統的經驗公式和解析方法已經很難對刀具磨損機理進行定 量的分析和研究。
隨著計算機軟硬件技術的發展，通過有限元方法模擬刀具的磨損已經成為可能，并且仿真結果具有直觀、形象的優點，這些為刀具磨損機理的研究及刀具結構的設計提供了理論依據，下面我們就刀具磨損仿真的相關技術進行個簡單介紹，僅供大家參考，歡迎交流。
1.刀具磨損模型
刀具磨損模型主要描述的是刀具體積損失率與切削面溫度、相對滑動速度 、接觸壓力以及切削工況參數之間的關系。常用磨損模型有兩種，分別是Archard 模型和Usui模型。
1）Archard 模型主要適用于硬質材料相對與軟質材料摩擦過程中軟質材料的磨損狀況分析，如機床導軌的磨損分析、曲軸軸頸的磨損分析等，具體模型如下:
式中：p 為正壓力，v 為工件材料相對于刀具的滑動速度，H 為刀具材料的硬度，a、b、c、K 為實驗修正系數。
展開 Tyrata推實時胎面磨損傳感器 輪胎磨損情況危險時發出信號
據外媒報道，輪胎傳感器和數據管理公司Tyrata在研發其IntelliTread TM實時胎面磨損傳感器上取得了里程碑式的成就。在各種OEM乘用車輪胎上進行測試之后，該傳感器的設計和操作都得到改善。IntelliTread傳感器利用無線信號追蹤胎面深度在毫米上的變化，當用作商用時且需要更換輪胎時，或報告有關胎面不均勻以及輪胎磨損情況危險的信息時，該傳感器會發出信號。
每年，僅在美國，與輪胎相關的事故就造成了數百人死亡，數千人受傷，很多此類事故都因磨損輪胎造成。但是，確定胎面深度的唯一常用方法就是手動測量輪胎，如在輪胎凹槽中夾著一個硬幣以確定深度。雖然集成式輪胎壓力傳感器提高了安全性，但是行業仍急需實時監控輪胎胎面厚度的方法。Tyrata的新技術可以監控、追蹤并預測輪胎使用壽命內的胎面磨損程度。IntelliTread傳感器使用安裝在輪胎內部的專有傳感器和電子技術確定胎面深度。當傳感器被施加電壓時，電信號會通過輪胎。當輪胎橡膠磨損時，信號會發生變化。傳感器電子設備會利用此類信號變化來確定輪胎胎面深度，然后可以無線傳輸數據，進行進一步分析并向消費者顯示。
輪胎是由多種性能迥異的原材料組成的復雜、異構的結構，因此測量胎面磨損情況非常具有挑戰性。電信號必須穿透大多數輪胎的核心鋼帶等輪胎所有層，而且對胎面幾毫米的深度變化都非常敏感。憑借傳感器在設計和操作方面的進步以及電子設備和包裝，Tyrata團隊現在已經在韓泰（Hankook）和凡士通（Firestone）鋼帶子午線輪胎等OEM乘用車輪胎上驗證了其技術。安裝在每個輪胎各個部分處的傳感器在每次胎面移除1毫米時，就會重復產生可預測的回應。隨著Tyrata實現其IntelliTread技術的商業化，這一技術突破促進了該傳感器向產品級包裝和車載集成測試發展。
展開 UMESHMOTION子程序，磨損分析 ￥10
UMESHMOTION子程序可用于磨損和燒蝕，網上關于UMESHMOTION子程序的資料較少，筆者找了一些資料整理如下。由于本人并非專業人士，無法對質量進行過多評價，希望能對需要的人員有所幫助：
1. ABAQUS用戶手冊——輪胎磨損經典例子，考慮輪胎紋理邊角的磨損，涉及到不同磨損區域的判定和局部磨損方向的定義。（本人對其進行了逐行的詳細解釋）
http://wufengyun.com:888/books/exa/default.htm
2. ABAQUS子程序講義，內含該程序的基本概念解釋。
https://fdocuments.in/document/user-sub.html
3. 一本介紹磨損的書籍，內含一些ABAQUS磨損案例，可通過這些經典案例的曲線形狀判斷子程序結果準確與否。
書名：Numerical Modeling of the Effect of Fretting Wear on Fretting Fatigue
http://eprints.nottingham.ac.uk/10681/1/ThesisFinal.pdf
4. 一個外文資料，基于Archard理論和實驗進行對比，并對相關理論公式進行說明。
https://www.scirp.org/html/1-2190164_96936.htm#f3
5. 百度文庫中的一個例子，簡單二維磨損案例有配圖，沒有基于磨損理論進行子程序編寫，也沒有說明磨損過程。
https://wenku.baidu.com/view/305572e86aec0975f46527d3240c844769eaa0c4.html
6. 一個簡單的材料燒蝕帖子及啟發（附案例）。
https://www.smart3de.com/forum.php?
展開 Abaqus 磨損仿真：從原理到實戰指南 ￥9.9
例如，可模擬帶防護涂層的零件：當涂層被磨掉后，通過設置磨損系數增大來反映基材更易磨損的特性。
Marc磨損分析解決方案
04
磨損模型材料參數的獲取
4.01 磨損模型參數獲取
磨損試驗是測定材料抵抗磨損能力的一種材料試驗。通過這種試驗可以比較材料的耐磨性優劣。磨損試驗比常規的材料試驗要復雜。首先需要考慮零部件的具體工作條件并確定磨損形式，然后選定合適的試驗方法，以便使試驗結果與實際結果較為吻合。磨損模型分為黏著磨損、磨粒磨損、沖蝕磨損、腐蝕磨損、微動磨損。
【科研分享】鋼摩擦片的可行性及磨損研究
上述摩擦的兩個部分與摩擦面的粘附磨損和磨粒磨損緊密有關。粘附磨損如圖3所示：
圖3 粘附磨損示意圖
粘附磨損表示一個摩擦面的表面一部分由于原子間的相互吸引粘附到另一個摩擦擦面上，這常見于較軟摩擦面中弱約束區域。但是粘附摩擦力和粘附磨損沒有直接的關系，即：較大的粘附摩擦力也可能具有較小的粘附磨損，反之亦然。粘附磨損的公式為V=KNd/H. V 為磨損的體積，K為磨損系數，d為累積滑移位移，H為較軟摩擦表面的硬度。K值對于不同材料組成的摩擦系統取值較小，而對于相似的材料取值較大。這就解釋了盡管表面硬度近似相同的半硬盒黃銅與低碳鋼摩擦的磨損要比低碳鋼與低碳鋼的摩擦帶來的磨損小的多。
除了粘附磨損外，還有就是磨粒磨損。如下圖所示：
圖4 磨粒磨損
磨粒磨損是由于犁溝效應引起，即犁溝效應產生的小硬顆粒在兩摩擦面之間滑動,進而加速磨損。
文章所進行試驗的摩擦試件均由鋼材組成，摩擦系統構成如圖5所示：
圖5測試的摩擦系統
且不同等級的鋼材摩擦片可假定具有相似的兼容性。因此，當摩擦面開始滑移時，由于摩擦面表面存在氧化物，所以有效接觸面積較小，因此粘附摩擦力較小。隨著摩擦的進行，摩擦表面的氧化物剝落，摩擦表面的有效接觸面積大大提高，進而粘附摩擦力也大為提高，并進入了穩定的摩擦階段，且此階段的摩擦特征取決于摩擦片材料的力學特征和隨后的磨損機制。盡管不同等級鋼材存在不同的晶體構造和合金元素可能影響摩擦材料的兼容性，但這些影響被證實是微小的。
對于不同等級鋼材制作的摩擦片,一個顯著不同是材料的硬度，這可能會對改善摩擦性能有積極作用。在摩擦學應用中，兩摩擦面材料應選擇不同表面硬度的材料制作。這樣的組合可以較好地改善摩擦的性能。學者指出，較硬的摩擦更加耐磨，可以降低摩擦表面的粘附磨損。
展開 
ANSYS19.0磨損模型的結構磨損分析 ￥9.9
ANSYS19.0磨損模型的結構磨損分析
pdf教程+源文件
有無磨損對比
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 AnsysWB-接觸面磨損模擬 ￥5
磨損是指固體物體在與另一物體接觸時，其表面材料逐漸減少的現象。該程序通過重新定位接觸節點來近似模擬這種材料的損耗情況。 新的節點位置是通過一個磨損模型來確定的，該模型會根據接觸結果計算出接觸節點需要移動的量以及移動的方向，以模擬磨損情況。
這個示例展示了如何使用Archard磨損模型。由于磨損涉及材料的去除，位于接觸元素下方的實體元素的質量會隨著磨損程度的增加而逐漸變差。為了成功模擬大量的磨損，需要重新劃分網格。這個示例展示了如何在模型經歷大量磨損時使用非線性網格自適應性來提高網格質量。
展開 五金沖壓加工廠減少設備磨損的途徑
磨損是機械設備失效最主要的原因之一，五金沖壓加工所使用的的高度自動化的機械設備也不例外。機械設備的磨損分三個階段：磨合磨損階段、正常磨損階段、急劇磨損階段。那么為了減少設備磨損，五金加工廠采用的途徑都有哪些呢？下面來介紹下。
1.合理的潤滑:盡量保證液體潤滑，采用合適的潤滑材料和正確的潤滑方法，采用潤滑添加劑，注意密封；
2.正確選擇材料：這是提高耐磨的關鍵。例如對于抗疲勞磨損，則要求鋼材質量好，控制鋼中有害雜質。采用抗疲勞的合金材料，如采用銅鉻鉬合金鑄鐵做氣門挺桿，采用球墨鑄鐵做凸輪等，可使用其壽命大大延長；
3.表面處理：為了改善零件表面的耐磨性可采用多種表面處理方法，如采用滾壓加工表面強化處理，各種化學表面處理，塑性涂層、噴鉬、鍍鉻、等離子噴涂等；
4.合理的結構設計：正確合理的結構設計是減少磨損和提高耐磨性的有效途徑。結構要有利于摩擦副間表面保護膜的形成和恢復、壓力的均勻分布、摩擦熱的散逸、磨屑的排出、以及防止外界磨粒、灰塵的進入等，在結構設計中可以應用置換原理，也可以使用轉移原理；
5.改善工作條件:盡量避免過大的載荷、過高的運動速度和工作溫度，創建良好的環境條件；
6.提高修復質量：提高機械加工質量、修復質量、裝配質量以及提高安裝質量是防止和減少磨損的有效措施；
7.正確地使用和維護：要加強科學管理和人員培訓，嚴格執行遵守操作規程和其它有關規章制度。機械設備使用初期要正確地進行磨合。要盡量采用先進的監控和測試技術。
展開 