為了研究清管器聚氨酯皮碗的磨損,提出了一種數(shù)值模擬的方法。該方法基于修正的Archard模型,并結(jié)合ALE自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)和子程序Umeshmotion來實(shí)現(xiàn)該模型。同時(shí)為了減少計(jì)算時(shí)間使用了跳躍因數(shù)ΔN,并由仿真結(jié)果得出ΔN值為50。采用有限元試驗(yàn)方法模擬了聚氨酯皮碗的磨損過程,由仿真數(shù)據(jù)擬合得到磨損深度隨清管器運(yùn)行距離的計(jì)算公式,其結(jié)果表明:隨著運(yùn)行距離的增加,接觸表面各位置處的磨損深度都不斷增加,磨損區(qū)域的寬度在不斷增加,且接觸表面的輪廓逐漸趨近于水平;最大接觸應(yīng)力下降很快,接觸表面的接觸應(yīng)力分布逐漸趨于均勻;接觸長(zhǎng)度不斷增加,其增長(zhǎng)率逐漸減小;由擬合公式計(jì)算得出的磨損深度值與文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有一致性。 

【文章來源】：塑料工業(yè). 2020,48(03)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：6 頁(yè)

【部分圖文】：

清管器結(jié)構(gòu)示意圖

本論文采用Abaqus軟件進(jìn)行有限元建模，有限元模型如圖2所示(采用的清管器是針對(duì)的管道)，聚氨酯皮碗過盈量為。考慮皮碗以及管道的軸對(duì)稱性，有限元模型采用二維平面軸對(duì)稱模型。相較于清管器皮碗，管道硬度較高，磨損可以忽略不計(jì)，因此將管道設(shè)置為解析剛體，Elleuch等[12]與Da Silva等[13]認(rèn)為聚氨酯材料為類橡膠材料，由于自適應(yīng)網(wǎng)格對(duì)超彈性材料模型表現(xiàn)不佳[14]，因此將皮碗設(shè)置為線彈性材料，且考慮到文中模擬單向磨損，在此條件下，其材料本構(gòu)可以近似地采用彈塑性模型(彈性模量為20 MPa，材料硬度為170 MPa，泊松比為0.35)。皮碗與管道之間的摩擦采用庫(kù)侖摩擦，即q=μp(式中q為臨界切應(yīng)力，p為接觸應(yīng)力，μ為摩擦因數(shù))，過盈配合間的摩擦因數(shù)為0.12，切向接觸行為由罰函數(shù)接觸算法進(jìn)行控制。過盈配合采用自動(dòng)收縮配合來實(shí)現(xiàn)。為了獲得接觸表面的接觸壓力和相對(duì)滑移的精確結(jié)果，接觸區(qū)域中的網(wǎng)格尺寸非常精細(xì)。本文通過切分實(shí)現(xiàn)了從接觸區(qū)域中的粗網(wǎng)格到遠(yuǎn)離接觸區(qū)域細(xì)網(wǎng)格的急劇過渡。這能夠降低有限元分析時(shí)間，同時(shí)保持計(jì)算精度。2 磨損模型

2.2 修正的Archard模型的實(shí)現(xiàn)由式(6)可知，節(jié)點(diǎn)磨損深度與節(jié)點(diǎn)接觸應(yīng)力、位移增量密切相關(guān)，因此，為了獲得接觸表面形狀的變化，需得到接觸表面接觸應(yīng)力的分布與式(4)所表示節(jié)點(diǎn)的位移增量。本文通過Abaqus中的ALE自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)與子程序Umeshmotion來實(shí)現(xiàn)式(6)所表示的皮碗磨損率。ALE自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)定義了自適應(yīng)網(wǎng)格約束，用于調(diào)整自適應(yīng)網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)節(jié)點(diǎn)的位移，且允許自適應(yīng)網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)格脫離材料獨(dú)立流動(dòng)，在不改變?cè)芯W(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的情況下，逐步改善網(wǎng)格的質(zhì)量。子程序Umeshmotion用來控制自適應(yīng)網(wǎng)格區(qū)域中部分網(wǎng)格的運(yùn)動(dòng)。磨損模型在Abaqus中的實(shí)現(xiàn)如圖3所示，即首先通過調(diào)用子程序中的實(shí)用程序來訪問節(jié)點(diǎn)的接觸應(yīng)力與位移，利用式(4)計(jì)算節(jié)點(diǎn)位移增量，再通過式(6)計(jì)算節(jié)點(diǎn)的磨損深度，然后通過自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)來調(diào)整接觸表面磨損后的節(jié)點(diǎn)位置，最后在新的接觸表面重新進(jìn)行有限元計(jì)算。通過上述不斷的循環(huán)，就可以模擬出聚氨酯皮碗長(zhǎng)距離磨損之后的情況。

【參考文獻(xiàn)】：
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碩士論文
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本文編號(hào)：3564624