[发明专利]基于有限元的屏蔽门导靴三维滑动摩擦特性仿真分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及屏蔽门导靴机构的仿真分析方法，尤其涉及屏蔽门导靴机构的三维动态仿真分析方法。 

背景技术

三维滑动摩擦有限元分析属于高度非线性动态接触问题，该分析的关键技术和难点主要是分析的收敛性和准确性控制。目前关于摩擦接触的有限元分析主要有二维静态和动态接触分析、三维静态接触分析，二维有限元分析需要的计算量较小，可对宏观的理想表面的接触特性进行分析和对微观的表面接触状态的局部接触分析，如材料表面裂纹分析，带粗糙度接触分析和微观表面接触失效分析等，但是二维分析只是一种简化分析方法，无法全面模拟摩擦副的实际接触特性，而三维静态分析结果无法描述更加复杂的动态接触问题。 

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的上述不足而提供一种基于有限元的屏蔽门导靴三维滑动摩擦特性仿真分析方法，通过耦合分析导靴在滑动摩擦过程中的力学特性、结构特性和热特性，对三维导靴摩擦副的滑动接触过程进行全面仿真分析。 

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：基于有限元的屏蔽门导靴三维滑动摩擦特性仿真分析方法，导靴机构包括导槽和导靴滑块，导靴滑块在导槽上滑动，利用有限元软件分析导靴机构的三维动态摩擦特性，分析步骤包括： 

a．建立导靴机构的有限元模型：采用参数化建模方法，分别建立导靴滑块和导槽的几何模型，设置导靴滑块和导槽的材料属性参数、几何参数、工况参数，定义材料的结构参数和特性参数，选择有限元模型的单元类型；

b．划分导靴机构有限元模型的网格：利用扫略法划分六面体网格，其中接触区与非接触区的网格密度不同；

c．接触设置：选择接触单元在导靴滑块底面定义目标面，选择另一接触单元在导槽上表面定义接触面，两者组成接触对，通过接触单元的关键字和实常数对接触进行设置； 

d．求解过程控制：设置求解算法，选取瞬态分析类型，采用代数多重网格算法（AMG）；

e．设置载荷步及边界条件：导靴机构接触模型的边界条件和工况通过两个载荷步进行控制：

第一个载荷步中，导靴滑块无滑动，导靴滑块和导槽的截面施加对称约束，导槽底面全约束，导靴滑块底板上表面全约束，并释放垂直方向约束，然后在该表面施加表面压力；

第二个载荷步中，持续保留载荷作用，释放导靴滑块在滑动方向上的约束，并通过设置滑动距离和滑动时间，控制导靴滑块的滑动速度；

f．提取分析结果：经过仿真计算分析后，提取导靴机构的滑动摩擦接触分析结果，包括结构承载特性、热特性和接触特性，以分析导靴机构的整个动态滑动接触过程。

上述方法中可进一步优化为：步骤a中，建立导靴机构的参数化模型时，利用布尔操作，将导靴机构进行分割处理，采用对称约束法取整体模型的二分之一。 

上述方法中可进一步优化为：步骤b中，接触区域的网格大小设定为0.8mm，非接触区域的网格大小设定为3mm。 

与现有技术相比，本发明的优点在于： 

1.本发明可利用有限元软件建立屏蔽门系统中导靴滑动摩擦副的参数化有限元分析模型，通过设置模型的接触参数、算法设置、施加载荷与边界条件，可耦合分析导靴机构摩擦副的三维滑动过程中的结构特性、力学特性和热特性，弥补了单一特性分析的缺点，并可有效控制分析计算的收敛性和准确性。

2.本发明采用参数化建模方法，可实现模型的结构、材料属性和工况等参数的可变性和通用性，方便同类型滑动摩擦的分析，具有一定程度的通用性。 

附图说明

图1是本发明中导靴机构的几何模型示意图。 

图2是本发明中对称地取导靴机构的一半的几何模型示意图。 

图3是本发明分析方法的流程图。 

具体实施方式

下面结合附图、实施例对本发明进一步说明。 

实施例，简化后的屏蔽门系统中导靴机构的几何模型如图1所示，导靴机构包括导槽1和导靴滑块2，导靴滑块2在导槽1上滑动， 其中结构参数如表1。 

利用有限元软件ANSYS分析导靴机构三维动态摩擦特性，分析流程如图3所示，分析步骤包括：