【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种运动机构磨损仿真预测方法，尤其涉及一种考虑动态特性的运动机构磨损仿真预测方法，属于机械磨损仿真。
技术介绍
1、目前，常用的磨损仿真方法有fem(finite element method，有限元法)、bem(boundary element method，边界元法)和半解析方法，这些方法各有优缺点。有限元法应用对象广泛，计算精度高，但是计算量大，耗时较长。bem的优点是在只需要接触表面场输出的情况下，比fem效率更高；缺点是对于非线性接触问题，涉及一些近似和简化的假设，结果可靠性不强。而且bem也不能直接计算接触压力和滑移，需要额外的输入或后处理。半解析方法的优点是计算速度快，对计算资源和内存的需求低；缺点是不能预测接触压力和滑移，不能捕捉局部效应和表面演化，只适合相对简单的几何形状。
2、相比之下，fem在磨损仿真方面更有优势，它能综合考虑接触条件、材料特性和几何变化等因素，更真实地反映实际工程中的磨损现象。
3、与本专利技术相关的现有可获取的磨损仿真专利有三个：专利一(cn 106844912b)公开了一种用网格变形技术进行机构运动副磨损仿真方法，它通过划分网格将目标区域离散化，建立接触压力、运动副元素间相对滑动速度和磨损量之间的定量关系，并通过可视化显示目标区域磨损后的特征，为结构设计提供参考。专利二(cn 114218815)公开了一种基于abaqus的磨损仿真模拟方法，它通过abaqus软件求解相应的模型获得odb结果文件，采用python语言进行二次开发访问odb结果文件，
4、结合上述内容分析可知，目前的矢量喷管调节机构球副部位磨损仿真方法仍存在缺陷与不足，主要体现两个方面：(1)磨损方法尚不完善，没有考虑摩擦系数和磨损率的真实变化情况；(2)球副部位磨损仿真鲜有研究。这意味着喷管球副部位磨损仿真的研究具有前瞻性，且目前尚无针对该对象的合理的磨损预测方法。
5、轴对称矢量喷管是一种先进的喷气式飞机动力装置，具体结构如图1所示。该机构推力矢量控制过程中要承受巨大的负载和摩擦力，还要在高温、高压的气流作用下运动，因此其表面容易出现氧化、磨损、剥落等问题。其中，球副部位承受的载荷大，结构复杂，而且加工过程中易产生表面缺陷和误差等问题，更容易产生磨损，进而影响矢量喷管的正常工作。因此，准确评估球副的磨损情况非常重要。但是目前对于球副部位的研究还不够充分，且集中于试验研究，试验虽然可以帮助研究人员了解运动副的使用寿命和性能，但试验往往需要耗费大量的时间和资源，并且受到环境和条件的限制，难以模拟复杂工况。针对此问题，一个有效的解决途径是利用计算机仿真技术来替代磨损试验研究，其在磨损特性上能真实反映球副磨损变化情况，从而降低研究难度，缩短研发周期，揭示球副部位磨损特性及参数影响机理。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术一种考虑动态特性的运动机构磨损仿真预测方法的提出，目的是克服现有技术和专利中存在的预测精度方面的技术缺陷(专利一和专利二)与忽视摩擦因素对磨损影响的技术缺陷(专利三)，建立一种能够针对矢量喷管调节机构球副部位的磨损仿真方法。
2、本专利技术的技术解决方案是这样实现的：
3、一种考虑动态特性的运动机构磨损仿真预测方法，其特征在于对磨损预测方法中的abaqus二次开发理论进行了创新，为后续的仿真预测方法提供了理论基础，abaqus二次开发理论分为摩擦磨损理论及磨损仿真实现算法两部分：
4、一、摩擦磨损理论，把试验获取的真实摩擦系数数据表征为摩擦模型，用于开发abaqus的fric_coef子程序，结合对应的磨损数据，推导磨损量的数学表征模型，用于建立umeshmotion磨损子程序：
5、1、能耗及其迭代模型，两个表面相互移动时，就存在一个通过接触面的切向阻力摩擦力，这个过程中的总能量耗散是所有被耗散的部分能量的总和，称为累积耗散的摩擦能ed:
6、
7、式中，xb为起始位置，xe为终点位置，ft为剪切摩擦力，ds为滑移距离增量。在上式中的摩擦力项ft可以认为是摩擦系数μ和法向载荷n的乘积，当法向载荷保持不变时，累积耗散的摩擦能可改写为:
8、
9、jahangiri等人引入了术语swv(specific wear volume，特定磨损量)，将磨损量与耗散能量联系起来。证实了磨损量与耗散能量之间存在线性关系，其中swv为磨损量与耗散能的比值，是预测其他磨损参数和磨损构件寿命的关键，其表达式为：
10、
11、式中，v为磨损体积，为方便书写将swv记作α，后称之为能耗磨损系数。能耗磨损公式如下：
12、
13、由于在磨损过程中，各个变量的实际情况很难始终符合理想情况，因此需要对能耗磨损公式进行离散化处理。这种离散化公式具有更广泛的应用面和适用性，能更好地适应不同实际情况下的磨损问题，基于：
14、ff(x)＝q(x)a (5)
15、dv(x)＝dh(x)a (6)
16、式中，q(x)为剪切摩擦应力，a为接触面积，dh(x)为磨损深度增量即瞬时磨损深度，可将能耗磨损公式表示为如下的微分方程：
17、dh(x)＝α∫q(x)ds(x) (7)
18、基于能耗模型推导出磨损数学表征模型，建立了umeshmotion磨损子程序，并结合ale网格更新方法，实现磨损深度的计算和网格的更新，该技术根据实际磨损数据开发，比传统方法更适合工程实际；
19、2、修正coulomb摩擦模型
20、传统的库仑摩擦力模型假定摩擦系数为常数，难以正确反映出真实摩擦系数随速度变化的实际情况。为更准确地模拟冲击和接触过程中的摩擦响应，采用修正库仑摩擦力模型进行仿真，具体表达式如下：
21、
22、式中，μ(vt)为与切向滑动速度相关的动态摩擦系数，修正库伦摩擦曲线如图2所示，用于表征磨损物体之间的接触行为；
23、动态摩擦系数μ(vt)作为一个变量，与相对滑动速度vt之间存在的函数关系表达式为：
24、
25、其中，μs为静摩擦系数；μd为动摩擦系数；vs为静摩擦临界速度，单位为mm/s；vd为最大动摩擦临界速度，单位为mm/s；sign()为符号函数；
26、将试验获取的真实摩擦系数数据表征为摩擦模型后，结合其规律开发了abaqus的fric_coef子程序，解决本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种考虑动态特性的运动机构磨损仿真预测方法，其特征在于对磨损预测方法中的ABAQUS二次开发理论进行了创新，为后续的仿真预测方法提供了理论基础，ABAQUS二次开发理论分为摩擦磨损理论及磨损仿真实现算法两部分：
2.根据权利要求书1所述的一种考虑动态特性的运动机构磨损仿真预测方法，其特征还在于所述的应用于模型为矢量喷管球副部位，还可以用于不同结构中的转动副、球副和凸轮副。
【技术特征摘要】
1.一种考虑动态特性的运动机构磨损仿真预测方法，其特征在于对磨损预测方法中的abaqus二次开发理论进行了创新，为后续的仿真预测方法提供了理论基础，abaqus二次开发理论分为摩擦磨损理论及磨损仿...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗忠，滕晓鑫，余稀，常晶，姚思博，张宏伟，赵江，逄超，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：
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