Marc软件高级功能：材料磨损分析专用解决方案、仿真流程与工程应用实例详解

机械磨损机理

• 粗糙表面材料的变形及移除

• 材料的刨除（Plowing或Ploughing)

• 脱层

• 粘接撕除

• 研磨

• 微动磨损

• 固体粒子撞击

磨损分析应用领域

2.01 存在磨损现象的领域

• 刹车片

• 与运动部件接触的密封件

• 切削

• 滚压

• 发动机

• 轴承

• 齿轮

• 线性结构滑移

• 轮胎

• 骨关节

2.02 存在的问题分类

• 适合中等程度的磨损

M<0.4

磨损率<临界值

极度光滑表面-抛光

Debris<100n直径

应用Archard方程

• 剧烈的磨损

M>0.4

磨损率>临界值

粗糙, 深度撕裂表面

大的粗糙粒子大于0.01mm

2.03 磨损现象

•  磨损和磨损率随时间或周期的变化

• 在恒定运行条件下，摩擦系数和粗糙度是时间的函数

磨损模型

• 常用磨损模型

• 变形更新

• 几何更新

W：磨损量

K：磨损系数

F：法向力

G_t：滑移距离

H：硬度

Du_w/Dt 为法向磨损变化率

s_n –法向应力

Vs –滑移速度

R –气体常数

Q –激活能

T –绝对温度

磨损模型材料参数的获取

应用案例

5.01 切削–刀具的磨损

• 热机耦合分析

• 工件采用了网格重划分功能

• 采用Archard模型

5.02 切削–等效塑性应变云图动画

5.03 切削–刀具的磨损矢量图

5.04 材料加工中压头的磨损

5.05 工件的塑性应变云图动画

5.06 模具磨损矢量图显示

5.07 梯形轧制轧辊磨损分析

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5.09 板件的塑性应变云图动画

5.10 轧辊磨损累积

• 节点在45度角的位置

• 第5节点在对称轴上

• 每个增量步转动2^o 

5.11 橡胶密封件磨损

• 密封性能分析 

• 摩擦与磨损模型

5.12 轴承法兰结构微振磨损算例模型

模型组成

模型结构如上图所示，由轴轮和制动盘两部分构成。

利用对称性，简化成1/4进行分析。

 5.13 轴承法兰微振磨损计算结果

可以看出：

• 在圆孔周围的磨损较小

• 最大磨损量在螺孔的周围，而外围被内侧要大，是由于外围相对的位移量大造成的。

• 在对称面附近磨损量相对较小。

5.14 全髋关节置换部件的磨损分析

ADM种植体修复体分析与对比

• 实验组的微分离损失了2.9mm³/million循环

• 有限元分析预测的体积损失为3.3mm³/million循环 

5.15 复合材料磨损分析

Al/Al2SiO5/C冷激复合材料磨损行为的有限元模拟

（FiniteElement Wear Behavior Modeling of Al/Al2SiO5/C Chilled Hybrid Metal MatrixComposites (CHMMCs) ）

5.16 刹车装置的磨损分析

• 热机耦合分析

• 接触摩擦生热分配不等

5.17 航天设备耐磨弹簧磨损模拟

航天设备耐磨弹簧磨损模拟

• 两个圆柱型元件之间设计了一个弹簧，考察一下该弹簧的实际磨损情况。

• 因为是轴对称模型，分析中截取1/50几何模型，计算圆环形元件下移过程中弹簧的磨损情况。

5.18 减速器防水结构进行了初步磨损分析

• 轴采用钢材材料模型，密封圈采用2项Mooney-Rivlin模型。

• 采用Archard模型，选择更新几何选项。