(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111621879.8 (22)申请日 2021.12.28 (66)本国优先权数据 202111564575.2 2021.12.20 CN (71)申请人 重庆大学 地址 400044 重庆市沙坪坝区沙正 街174号 (72)发明人 董庆兵　汪汉明　何东　陈壮　 (74)专利代理 机构 重庆缙云专利代理事务所 (特殊普通 合伙) 50237 专利代理师 王翔 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/15(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/04(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于ABAQUS二次开发的花键磨损与疲 劳寿命仿真方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于ABAQUS二次开发的 花键磨损与疲劳寿命仿真方法， 先建立内外花键 模型， 在ABAQUS中完成前处理设置， 求解当前循 环步得到花键旋转一周各接触节 点的接触压力、 应力、 应变和相对滑移距离； 采用Fortran编写 UMESHMOTI ON子程序， 基于Ar chard方程计算各个 节点的磨损深度， 通过自适应网格技术更新网 格； 利用宏命令提取各节点应力和应变， 利用三 种方法计算 当前循环步各节点疲劳寿命， 计算出 各节点在所有循环步的累积损伤 值D并绘制磨损 分析图像。 本发明利用ABAQUS建立花键磨损和疲 劳寿命分析模型， 可准确判断花键失效形式， 为 花键寿命提升提供指导， 多种临界平 面法可同时 考虑键齿表面的压缩应力状态和齿根区域的拉 伸应力状态， 使分析 结果更准确。 权利要求书2页 说明书9页 附图5页 CN 114638057 A 2022.06.17 CN 114638057 A 1.一种基于ABAQUS二次开发的花键磨损与疲劳寿命仿真方法， 其特征在于： 包括以下 步骤： 1)建立内外花键几何模型： 采用绘图软件画出内外花键的三维模型， 并导入到ABAQUS 仿真软件中。 2)通过ABAQUS仿真软件完成内外花键模型 前处理设置： 2‑1)通过ABAQUS仿真软件 对内外花键模型定义材 料属性； 2‑2)通过ABAQUS仿真软件 对内外花键模型进行网格划分； 2‑3)对划分好网格的内外花键模型进行装配定位； 2‑4)根据内外花键偏心角度创建分析步及所需的输出变量； 其中， 创建分析步时给定 循环次数； 2‑5)根据内外花键之间的运动特性设置约束和接触； 2‑6)根据外花键模型相对内花键模型的运动特性设置边界条件和施加载荷； 2‑7)提交Job， 在User  subroutine  file中选择Fortran编写的提取磨损深度的 UMESHMOTION子程序wear_subrouti ne.obj； 3)将评价周期T按时间步Δt划分为多个循环步； 将内外花键仿真模型提交到ABAQUS仿 真软件的求解器中进 行求解运算； 迭代计算Δt循环步内各接触节点的磨损状况； 对每个Δ t循环步叠加， 得到评价周期T内各接触节 点总体的磨损状况； 其中， 单个循环 步的计算流程 包括如下步骤： a)求解花键旋转一周各接触节点的接触压力、 应力、 应 变和相对滑 移距离； b)利用宏命令提取 各节点的应力和应 变； c)采用For tran编写UMESHMOTION子程序， 基于A rchard方程计算各个节点的磨损深度； d)采用方案一、 方案二和方案三分别计算当前循环步的接触状态下各节点疲劳寿命和 损伤量ΔD； e)通过自适应网格技 术更新网格； 4)计算各节点在所有循环步的累积损伤值D并绘制磨损分析图像。 2.根据权利要求1所述的一种基于ABAQUS二次开发的花键磨损与疲劳寿命仿真方法， 其特征在于： 步骤2)中还具有对齿轮接触区域创建集合的步骤， 步骤a)对集合求解接触压 力、 应力、 应 变和相对滑 移距离。 3.根据权利要求1或2所述的一种基于ABAQUS二次开发的花键磨损与疲劳寿命仿真方 法， 其特征在于： 步骤c)中 需要将编写好的UM ESHMOTION子程序放在ABAQUS提交的Job中。 4.根据权利要求1或3所述的一种基于ABAQUS二次开发的花键磨损与疲劳寿命仿真方 法， 其特征在于： 位于边界或顶点处的节点记为特殊节点， 在步骤e)中， 对于特殊节 点， 需要 修改节点磨损方向， 再通过自适应网格技术按照节点磨损深度和方向更新网格， 并进入到 下一个循环步中； 若节点类型不是特殊节点， 直接通过自适应网格技术按照节点磨损深度 和方向更新网格， 并进入到下一个 循环步中。 5.根据权利要求1所述的一种基于ABAQUS二次开发的花键磨损与疲劳寿命仿真方法， 其特征在于： 步骤b)中所述的宏命令采用Pytho n编写。 6.根据权利要求1所述的一种基于ABAQUS二次开发的花键磨损与疲劳寿命仿真方法， 其特征在于： 在步骤d)中， 利用MATLAB生成GUI插件， 输入相关参数， 计算方案一、 方案二和权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114638057 A 2方案三下的各节点 疲劳寿命， 并绘制疲劳寿命分析图像。 7.根据权利要求1所述的一种基于ABAQUS二次开发的花键磨损与疲劳寿命仿真方法， 其特征在于： 在步骤4)中， 利用MATLAB生成的GUI插件， 输入相关参数， 绘制出磨损分析图 像。 8.根据权利要求1所述的一种基于ABAQUS二次开发的花键磨损与疲劳寿命仿真方法， 其特征在于： 步骤d)中所述方案一采用如下公式计算当前循环步各节点 疲劳寿命： 其中： σmax和 分别为某一平面上 的最大正应力和正应变幅， Nf为疲劳寿命， σf`和b是 疲劳强度系数及疲劳强度指数， εf`和c是疲劳延性系数及疲劳延性因子， E为弹性模量； 所述方案二采用如下公式计算当前循环步各节点 疲劳寿命： 其中： 为某平面上的正应变幅， 为弹性应变幅和塑性应变幅之和， σn,m为正向 平均应力； 所述方案三采用如下公式计算当前循环步各节点 疲劳寿命： 其中： 为某一平面上的最大剪应 变幅值。 9.根据权利要求1所述的一种基于ABAQUS二次开发的花键磨损与疲劳寿命仿真方法， 其特征在于： 步骤4)之后还具有判断出花键失效形式的相关步骤。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114638057 A 3