[發明專利]基于有限元的屏蔽門導靴三維滑動摩擦特性仿真分析方法

有效

• 申請號: 201210265765.9
• 申請日: 2012-07-30
• 公開（公告）號: CN102799740A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: 應寅瓊;李成;賀文;江虹;蘇會強
• 申請（專利權）人: 株洲南車時代電氣股份有限公司;寧波南車時代傳感技術有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 寧波天一專利代理有限公司 33207
• 代理人: 徐良江

技術領域

本發明涉及屏蔽門導靴機構的仿真分析方法，尤其涉及屏蔽門導靴機構的三維動態仿真分析方法。?

背景技術

三維滑動摩擦有限元分析屬于高度非線性動態接觸問題，該分析的關鍵技術和難點主要是分析的收斂性和準確性控制。目前關于摩擦接觸的有限元分析主要有二維靜態和動態接觸分析、三維靜態接觸分析，二維有限元分析需要的計算量較小，可對宏觀的理想表面的接觸特性進行分析和對微觀的表面接觸狀態的局部接觸分析，如材料表面裂紋分析，帶粗糙度接觸分析和微觀表面接觸失效分析等，但是二維分析只是一種簡化分析方法，無法全面模擬摩擦副的實際接觸特性，而三維靜態分析結果無法描述更加復雜的動態接觸問題。?

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的上述不足而提供一種基于有限元的屏蔽門導靴三維滑動摩擦特性仿真分析方法，通過耦合分析導靴在滑動摩擦過程中的力學特性、結構特性和熱特性，對三維導靴摩擦副的滑動接觸過程進行全面仿真分析。?

本發明解決上述問題所采用的技術方案為：基于有限元的屏蔽門導靴三維滑動摩擦特性仿真分析方法，導靴機構包括導槽和導靴滑塊，導靴滑塊在導槽上滑動，利用有限元軟件分析導靴機構的三維動態摩擦特性，分析步驟包括：?

a．建立導靴機構的有限元模型：采用參數化建模方法，分別建立導靴滑塊和導槽的幾何模型，設置導靴滑塊和導槽的材料屬性參數、幾何參數、工況參數，定義材料的結構參數和特性參數，選擇有限元模型的單元類型；

b．劃分導靴機構有限元模型的網格：利用掃略法劃分六面體網格，其中接觸區與非接觸區的網格密度不同；

c．接觸設置：選擇接觸單元在導靴滑塊底面定義目標面，選擇另一接觸單元在導槽上表面定義接觸面，兩者組成接觸對，通過接觸單元的關鍵字和實常數對接觸進行設置；?

d．求解過程控制：設置求解算法，選取瞬態分析類型，采用代數多重網格算法（AMG）；

e．設置載荷步及邊界條件：導靴機構接觸模型的邊界條件和工況通過兩個載荷步進行控制：

第一個載荷步中，導靴滑塊無滑動，導靴滑塊和導槽的截面施加對稱約束，導槽底面全約束，導靴滑塊底板上表面全約束，并釋放垂直方向約束，然后在該表面施加表面壓力；

第二個載荷步中，持續保留載荷作用，釋放導靴滑塊在滑動方向上的約束，并通過設置滑動距離和滑動時間，控制導靴滑塊的滑動速度；

f．提取分析結果：經過仿真計算分析后，提取導靴機構的滑動摩擦接觸分析結果，包括結構承載特性、熱特性和接觸特性，以分析導靴機構的整個動態滑動接觸過程。

上述方法中可進一步優化為：步驟a中，建立導靴機構的參數化模型時，利用布爾操作，將導靴機構進行分割處理，采用對稱約束法取整體模型的二分之一。?

上述方法中可進一步優化為：步驟b中，接觸區域的網格大小設定為0.8mm，非接觸區域的網格大小設定為3mm。?

與現有技術相比，本發明的優點在于：?

1.本發明可利用有限元軟件建立屏蔽門系統中導靴滑動摩擦副的參數化有限元分析模型，通過設置模型的接觸參數、算法設置、施加載荷與邊界條件，可耦合分析導靴機構摩擦副的三維滑動過程中的結構特性、力學特性和熱特性，彌補了單一特性分析的缺點，并可有效控制分析計算的收斂性和準確性。

2.本發明采用參數化建模方法，可實現模型的結構、材料屬性和工況等參數的可變性和通用性，方便同類型滑動摩擦的分析，具有一定程度的通用性。?

附圖說明

圖1是本發明中導靴機構的幾何模型示意圖。?

圖2是本發明中對稱地取導靴機構的一半的幾何模型示意圖。?

圖3是本發明分析方法的流程圖。?

具體實施方式

下面結合附圖、實施例對本發明進一步說明。?

實施例，簡化后的屏蔽門系統中導靴機構的幾何模型如圖1所示，導靴機構包括導槽1和導靴滑塊2，導靴滑塊2在導槽1上滑動，?其中結構參數如表1。?

利用有限元軟件ANSYS分析導靴機構三維動態摩擦特性，分析流程如圖3所示，分析步驟包括：?