算例丨基于ABAQUS的滚子轴承保持架横梁裂纹扩展仿真分析

图1 保持架应力集中区域A、B、C和D

图2 滚子轴承保持架XFEM模型

关键步骤如下：
 1）如图3所示为材料定义和裂纹扩展属性定义；

图3 材料定义和裂纹扩展属性定义

    2）如图4所示为求解载荷步定义；

图4 载荷步定义

    3）如图5所示为裂纹区域及裂纹位置定义；如图6为裂纹Interaction定义；

图5裂纹区域及裂纹位置定义

图6 裂纹Interaction定义

    4）如图7所示为定义载荷与约束；

图7 定义载荷与约束

    5）如图8所示求解。

图8 求解

如图9所示为保持架横梁末端裂纹的扩展趋势图，结果显示，初试裂纹深度为0.45 mm，垂直于保持架横梁表面，施加载荷为708 N。裂纹在开始扩展以后，首先向深度方面延伸，然后裂纹扩展方向发生明显改变，如图10所示，裂纹出现偏斜，角度约为45˚，向横梁另一面扩展。如图11所示为裂纹状态图（PHILSM），表示裂纹面上，距离裂缝的等高线（值有正有负）。如12表示保持架横梁裂纹的statuxfem开裂状态，当=1时（红色），表示完全开裂；当=0时（深蓝色），标识完全不开裂；当0~1之间时，不同开裂程度。

图9 裂纹位置与扩展趋势分析

图10 裂纹扩展区域局部放大图

图11 裂缝状态

图12 裂纹statuxfem图示

滚子轴承常用于齿轮箱等旋转机械中，其保持架横梁受滚动体冲击载荷的影响，容易在横梁末端产生裂纹，并扩展导致保持架失效。通过建立简化保持架横梁3D模型，仿真分析了保持架横梁末端裂纹的扩展趋势。结果显示，裂纹在深度方向扩展一定距离后，其扩展方向发生45˚偏转，并继续扩大。分析结果为滚子轴承保持架结构设计提供了有益指导。