[发明专利]基于疲劳试验与仿真的直齿轮齿根裂纹扩展规律分析方法

权利要求书

1.一种基于疲劳试验与仿真的直齿轮齿根裂纹扩展规律分析方法，其特征在于，包括：

步骤1：对预制初始齿根裂纹的直齿轮进行疲劳试验，得到裂纹实际扩展路径的数据点集G1；

步骤2：根据直齿轮的齿轮几何参数以及初始齿根裂纹参数，利用有限元分析软件建立直齿轮的有限元模型；

步骤3：在有限元模型中对齿根裂纹扩展区域进行三角形单元网格的划分；

步骤4：对有限元模型设置仿真条件，并验证仿真条件的有效性，包括：

步骤4.1：施加载荷，将载荷施加在主动直齿轮的单齿啮合最高点A处，方向垂直于A点的齿廓；

步骤4.2：边界条件设定为内齿圈、边界固定，加载方式设置为静态加载，不考虑齿轮啮合过程中的载荷幅值与方向变化；

步骤4.3：通过应力求解分析验证仿真条件的有效性，当仿真条件有效时，输出设置有仿真条件的有限元模型，当仿真条件无效时，重新设置仿真条件，所述仿真条件包括施加的载荷、设定的边界条件；

步骤5：利用断裂分析软件，对设置有仿真条件的有限元模型进行齿根裂纹的扩展模拟，得到裂纹模拟扩展路径的数据点集G2；

步骤6：利用最小二乘法，根据数据点集G1拟合得到裂纹实际扩展路径的拟合曲线L1，根据数据点集G2拟合得到裂纹模拟扩展路径的拟合曲线L2；

步骤7：在曲线L1、L2上等间距各获取N个数据点，根据2N个数据点计算相关系数R，考虑到疲劳试验时存在装配误差和齿轮加工误差，如果满足0R1，则认为这两条曲线线性相关，且R越接近1，表示这两条曲线的线性相关关系越强，即表明通过疲劳试验和通过仿真得到的直齿轮齿根裂纹扩展路径是相吻合的，否则需要重新进行疲劳试验、仿真获取裂纹扩展路径。

2.根据权利要求1所述的一种基于疲劳试验与仿真的直齿轮齿根裂纹扩展规律分析方法，其特征在于，所述步骤5包括：

步骤5.1：将设置有仿真条件的有限元模型导入裂纹分析软件中，并确定齿根裂纹扩展区域所在的子模型；

步骤5.2：设置初始裂纹，裂纹类型选择为普通角裂纹；

步骤5.3：通过裂纹自动扩展仿真，得到裂纹扩展的路径、方向。

3.根据权利要求1所述的一种基于疲劳试验与仿真的直齿轮齿根裂纹扩展规律分析方法，其特征在于，所述有限元分析软件为ANSYS软件，所述断裂分析软件为FRANC3D软件。

4.根据权利要求1所述的一种基于疲劳试验与仿真的直齿轮齿根裂纹扩展规律分析方法，其特征在于，所述步骤7中比较两条曲线是否具有较强的线性相关关系时，还可以通过计算两条曲线的平均误差χ、峰值误差η、均方误差σ²，如果满足或或则认为这两条曲线具有较强的线性相关关系，其中表示平均误差的设定阈值，表示峰值误差的设定阈值，表示均方误差的设定阈值。