Abaqus三维轴承模拟仿真分析

隐式动力学(Implicit)分析：

Part(零件)：

轴承为深沟球轴承，包括轴承外圈、轴承内圈、保持架与滚珠(7个)。外圈、内圈与保持架的网格是在有限元前处理软件Hypermesh完成的，并选择Abaqus求解器，导出inp有限元文件，最后将inp文件导入Abaqus。以轴承为例，外圈、内圈、保持架共3个零件，在Hypermesh中处理网格时，每个零件都应定义一个Component(Hypermesh中的Component相当于Abaqus中的零件Part)，即3个Component，但是导入Abaqus后软件会将这3个Component合并为一个零件Part，默认名字是Part-1。在Part的图形树中，右键Part-1，然后点击Copy，勾选Separate disconnected regions into parts，即可将Part-1中的外圈、内圈与保持架分为3个Part。因为这3个零件是从外部导入的，所以显示为绿色的网格，而滚珠网格是在Abaqus中处理的，所以滚珠有几何模型。

Property(属性)：

常见的钢材，只定义线弹属性，未考虑塑性变形。

Assembly(装配)：

将4个零件装配，装配后的轴承如下图所示。

Step(分析步)：

共建立2个分析步，第一个分析步定义Y轴负方向的力，主要为了建立轴承内部零件的接触关系。第二个分析步定义轴承内圈的角速度，带动滚珠转动。为了增强收敛效果，初始分析步长、最小分析步长与最大分析步长尽量定义的小一点。场变量输出与历史变量输出设置默认。

Interaction(接触)：

轴承的内圈内侧与保持架内侧均定义Coupling约束，便于定义边界条件与载荷。轴承的内圈为柔性约束(约束3个转动自由度)与刚性约束 (约束全部6个自由度) 两种，控制点为圆心处的RP1点，Surface为轴承内圈的内侧表面。保持架内侧为刚性约束，约束全部6个自由度，控制点为圆心处的RP2点，Surface为保持架内侧表面。RP1与RP2控制点均建立Set集合，便于选择。

三维仿真中每个滚珠需要建立3个接触，分别为滚珠与轴承外圈的接触、滚珠与轴承内圈的接触、滚珠与保持架的基础。模型中共7个滚珠，共21个接触对。为了方便选择接触对的主、从面，需要先定义Surface集合。7个滚珠、7个保持架、轴承外圈与轴承内圈共14个Surface集合。

1号滚珠与轴承外圈的接触：轴承外圈为主面(红色)，滚珠为从面(紫色)，滑移类型为有限滑移(Finite sliding)，法向硬接触，切向摩擦系数为0.05。为了增强收敛效果，定义接触控制，稳定系数为0.01(不再赘述)。由于建模误差，轴承外圈与滚珠之间有初始穿透，选择Adjust only to remove overclosure消除初始间隙(不再赘述)。

1号滚珠与轴承内圈的接触：轴承内圈为主面(红色)，滚珠为从面(紫色)，滑移类型为有限滑移(Finite sliding)，法向硬接触，切向摩擦系数为0.05。

1号滚珠与保持架的接触：保持架为主面(红色)，滚珠为从面(紫色)，滑移类型为有限滑移(Finite sliding)，法向软接触，切向无摩擦。

Load(边界条件与载荷)：

轴承外圈边界条件：直接定义在轴承外圈的网格节点上，约束1、2、3自由度(实体单元只有3个自由度)。

轴承内圈的力载荷：在RP1点处施加Y轴正方向500 N的力。第一个分析步0到0.1s，垂向力逐渐增加至500N，建立轴承之间的接触关系。第二个分析步0.1s到0.2s，500N的力保持不变。

轴承内圈的边界条件与速度载荷：在RP1点定义X轴的角速度104.72rad/s。第一个分析步0到0.1s，只释放2方向自由度(因为2方向定义了力载荷)，其余全部约束。第二个分析步0.1s到0.2s，继续释放2方向自由度，并定义绕X轴转动的角速度104.72rad/s。

保持架的边界条件：RP2点释放4自由度 (保持架需要绕X轴转动)，其余全部约束。

Mesh(网格)：

在Mesh模块，如果几何模型不规则，默认显示为橙色，此时不能直接划分六面体网格，但是可以划分四面体网格，修改网格控制(Mesh Contorl)即可。如果划分六面体网格需要切分模型，模型显示为绿色或者黄色才可以。滚珠为球体，以滚珠的圆心建立xy、xz、yz三个平面切分滚珠，此时滚珠模型为绿色，软件可划分结构网格，网格尺寸为0.8 mm。

网格类型为非协调积分单元。

Visualization(后处理)：

三维仿真的隐式算法将占用大量的计算机资源，因此接触区域的网格没有加密，整体网格较为粗糙，感觉云图都是乖乖的，本案例值介绍仿真方法。

仿真动画：

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