轴承接触疲劳损伤数值仿真

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轴承被应用于各个领域,是工业设备中使用最广泛的零件之一。轴承的内外圈在工作时会承受较大的接触应力,循环接触应力导致的接触疲劳是轴承失效的主要形式。其中,微观条件下的材料失效已被认为;是轴承接触疲劳的主要失效模式之一,采用有限元方法对轴承接触疲劳进行研究具有重要意义。本文基于Voronoi有限元方法(VFEM),根据轴承滚动体与滚道之间的接触关系,在ANSYS平台上建立了轴承滚动体与滚道接触的弹性半空间有限元模型,仿真出轴承材料;在微观下的多晶体材料特性。将L-P理论与损伤力学相结合,建立轴承的损伤力学接触模型。通过将损伤变量引入材料应力-应变本构关系来实现模型中材料的渐进损伤积累,仿真裂纹出现前轴承材料的恶化过程。建立结构内部裂纹模型,通过损伤力学模型计算得到损伤单元,根据轴承结构内部裂纹特性,在损伤单元处建立含微裂纹的有限元网格,在生成的裂纹表面添加接触单元,仿真裂纹在轴承结构内部的物理特性。基于损伤力学模型,建立轴承结构内部裂纹扩展模型,探究轴承内部裂纹萌生、扩展以及点蚀和剥落机理。计算裂纹扩展过程中的应力、应变,得到轴承裂纹萌生、裂纹扩展的寿命、裂纹扩展路径以及裂纹扩展时释放的能量。研究内容能够为轴承接触疲劳损伤研究提供新的思路和工具。
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