[發明專利]基于有限元仿真的直齒輪齒根裂紋擴展規律分析方法在審
| 申請號： | 202011154233.9 | 申請日： | 2020-10-26 |
| 公開（公告）號： | CN112182807A | 公開（公告）日： | 2021-01-05 |
| 發明（設計）人： | 張眸青;李旭;司山水;馬輝;李響;孫超;張殿華;韓月嬌 | 申請（專利權）人： | 東北大學 |
| 主分類號： | G06F30/17 | 分類號： | G06F30/17;G06F30/23;G06F119/02;G06F119/04 |
| 代理公司： | 沈陽東大知識產權代理有限公司 21109 | 代理人： | 李在川 |
| 地址： | 110819 遼寧*** | 國省代碼： | 遼寧;21 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關鍵詞： | 基于 有限元 仿真 齒輪 齒根 裂紋 擴展 規律 分析 方法 | ||
1.一種基于有限元仿真的直齒輪齒根裂紋擴展規律分析方法，其特征在于，包括如下步驟：
步驟1：根據直齒輪的齒輪參數，利用有限元分析軟件建立直齒輪的有限元仿真模型；
步驟2：在有限元仿真模型中對齒根裂紋擴展區域進行三角形單元網格的劃分；
步驟3：對有限元仿真模型設置仿真條件，并驗證仿真條件的有效性，包括：
步驟3.1：在單齒嚙合最高點A處施加載荷，載荷的方向垂直于A點的齒廓；
步驟3.2：邊界條件設定為內齒圈、邊界固定，加載方式設置為靜態加載；
步驟3.3：通過應力求解分析驗證仿真條件的有效性，當仿真條件有效時，輸出設置有仿真條件的有限元仿真模型，當仿真條件無效時，重新設置仿真條件，所述仿真條件包括施加的載荷、設定的邊界條件；
步驟4：利用斷裂分析軟件，對設置有仿真條件的有限元仿真模型進行齒根裂紋的擴展模擬，得到齒根裂紋擴展的壽命預測值。
2.根據權利要求1所述的一種基于有限元仿真的直齒輪齒根裂紋擴展規律分析方法，其特征在于，所述步驟4包括：
步驟4.1：將設置有仿真條件的有限元仿真模型導入裂紋分析軟件中，并確定齒根裂紋擴展區域所在的子模型；
步驟4.2：設置初始裂紋，裂紋類型選擇為普通角裂紋；
步驟4.3：通過裂紋自動擴展仿真，得到裂紋擴展的路徑、方向；
步驟4.4：利用公式(1)計算不同類型裂紋對應的應力強度因子，根據得到的應力強度因子值確定齒根裂紋擴展的裂紋擴展類型；
式中，v*、u*、ω*表示三個坐標方向下的位移分量，KΙ、KΙΙ、KΙΙΙ分別表示I型、II型、III型擴展裂紋對應的應力強度因子，G表示剪切彈性模量，θ、r表示裂紋尖端區域的極坐標；
步驟4.5：根據公式(2)給出的pairs壽命預測公式，對公式(2)求積分得到某一種裂紋擴展類型下的壽命預測值N，
式中，a表示裂紋長度，a的取值為裂紋面積的平方根，ΔKζ表示ζ型擴展裂紋對應應力強度因子的變化幅度值，C、m表示直齒輪的材料系數。
3.根據權利要求1所述的一種基于有限元仿真的直齒輪齒根裂紋擴展規律分析方法，其特征在于，所述有限元分析軟件為ANSYS軟件，所述斷裂分析軟件為FRANC3D軟件。
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