[发明专利]一种复合材料球面衬垫连续磨损过程的模拟方法

摘要

本发明公开了一种复合材料球面衬垫连续磨损过程的模拟方法，涉及材料连续磨损领域。本发明建立了周期性光滑连续的纱线中心路径曲线方程，构造了经纱与纬纱以及经、纬纱与基质间的分界曲面，生成了球面衬垫复合材料有限元网格模型及其坐标变换公式，并利用自适应网格技术建立了可以表征衬垫连续摩擦磨损过程的细观有限元预测模型。本发明改进了模拟方法和模拟对象简化的问题，对非均质材料在综合影响下的磨损，建立了一种摩擦学、结构、强度的并行预测方法，可以分析接触表面的压力分布，不同滑动速度和不同滑动方向对复合材料衬垫磨损过程的影响，为设计出满足服役性能和使用寿命的织物自润滑关节轴承提供可靠数据参考。

主权项

1.一种复合材料球面衬垫连续磨损过程的模拟方法，所述衬垫由经线、纬线编织而成，并在表面涂敷基质；其特征在于，所述方法包括以下步骤：将经线、纬线作为周期性光滑连续的纱线，确定出纱线中心路径曲线方程以及纱线的横截面，将横截面沿纱线中心路径曲线进行扫掠得到经纱与纬纱以及经、纬纱与基质间的分界曲面；将衬垫粘附在关节轴承的外圈内表面上以获得衬垫的宽度、长度、厚度；将复衬垫按长宽高方向预设份数进行体素网格离散，以获得一个由多个六面体单元组成的矩形网格体；将所有六面体单元进行分别识别并入经纱单元集合或纬纱单元集合或基质单元集合；然后确定经线单元、纬线单元的材料主方向；在矩形网格体内用节点坐标、单元集合、单元坐标方向来描述矩形网格块，矩形网格块上表面要与关节轴承的外圈内表面粘贴在一起，矩形网格块上表面节点坐标要按外圈内表面的几何方程进行变换，其他单元按法线一致原则进行相应变换；利用变换后的坐标编制生成衬垫网格模型的程序，并导入ABAQUS有限元软件中，衬垫网格模型在厚度方向上均匀划分多层，在最表层单元的上表面生成一层接触单元，选择任意的拉格朗日‑欧拉自适应网格来建立自适应网格，在笛卡尔坐标系内分别设置经纱、纬纱以及基质单元的磨损本构关系，根据磨损量调整自适应网格的磨损程度，当磨损到一定程度时，将模型表层网格节点坐标输出到ANSYS中，利用该节点坐标对初始模型进行节点坐标调整，获取每个表层单元的体积，当单元体积小于临界体积时，在ANSYS中将此层网格中磨损程度较大的网格下表面节点并入与其相邻的一层网格的上表面节点；更新后的模型再导入ABAQUS软件中，如此反复，实现复合材料连续摩擦磨损过程模拟；当整个模型的磨损程度达到最大磨损量时模拟计算停止，衬垫失效。