微接觸區(qū)域擠壓油膜流動行為的SPH數(shù)值模擬研究.pdf

1、軸承作為機械設(shè)備重要的零部件，它的使用壽命和工作性能對于機械設(shè)備是否能夠正常運轉(zhuǎn)影響非常大。尤其是隨著機械設(shè)備更加精密、轉(zhuǎn)速更高以及承載能力更強，這就對于軸承性能的要求更加嚴(yán)格，這就要求軸承具有高速轉(zhuǎn)動以及承載能力大的特點。軸承潤滑是影響軸承性能的一個關(guān)鍵因素，良好的潤滑能夠提高軸承的承載能力以及使用壽命，這是機械設(shè)備能夠正常運行的重要保障。因此，軸承的潤滑受到人們的普遍關(guān)注。實驗和數(shù)值模擬是研究軸承運動特性以及進(jìn)行動態(tài)分析的主要途徑。

2、然而實驗研究方法通常受到操作、外部環(huán)境等因素的影響，可能導(dǎo)致實驗結(jié)果的偏差。數(shù)值模擬方法是一種排除各種人為、外界因素影響的研究方法，越來越多的研究人員通過模擬的方法來進(jìn)行軸承潤滑機理的研究。
　　目前，大多數(shù)模擬都是通過有限元仿真軟件進(jìn)行分析計算的，對于一些簡單的結(jié)構(gòu)方面的分析，這種方法尚可，但是對于流體動力學(xué)方面的分析，如果使用這種方法，由于流體流動的任意性，在計算的時候需要在每一個時間步長對分析模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分重新計算，在這個

3、過程中可能會出現(xiàn)網(wǎng)格的扭曲變形以及突變，導(dǎo)致分析結(jié)果不準(zhǔn)確。因此有限元法對于高速碰撞、大變形以及自由表面流等非線性問題的解決有一定的局限性。為了能夠更好的解決這一問題，需要尋求新的方法來解決這一類復(fù)雜的非線性流問題。光滑粒子流體動力學(xué)是基于拉格朗日的一種無網(wǎng)格粒子法，它的優(yōu)勢在于沒有固定的網(wǎng)格來將節(jié)點連接起來，而是由一系列具有獨立屬性的單個粒子聯(lián)系起來，并且在一系列方程的控制下進(jìn)行模擬計算的。
　　本文主要應(yīng)用光滑粒子流體動力學(xué)（

4、Smoothed Particle Hydrodynamics-SPH）方法的基本理論對軸承微接觸區(qū)域擠壓油膜的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行離散，將油膜粒子分解為單個粒子，這些粒子攜帶者各自的質(zhì)量、密度、速度、粘度、內(nèi)能等物理屬性，并且在控制方程的約束下進(jìn)行運動。離散后的油膜與真實情況下的油膜一致。因此能夠較為準(zhǔn)確的描述擠壓油膜的運動規(guī)律。本文通過應(yīng)用 SPH方法對微接觸區(qū)域主要進(jìn)行以下幾方面的研究：
　　1.根據(jù)簡化的軸承幾何模型建立它的數(shù)學(xué)模

5、型，然后基于SPH方法的基本理論并結(jié)合Navier-Stokes方程，利用C語言研發(fā)了考慮油膜非線性流動行為的數(shù)值分析軟件，然后對特殊的微接觸區(qū)域擠壓油膜流動行為進(jìn)行了適當(dāng)?shù)暮喕⒔⒘薙PH數(shù)值計算模型。
　　2.根據(jù)建立的SPH數(shù)值計算模型，選擇合適的控制方程，對模型進(jìn)行計算分析。探討擠壓油膜的粘度對微接觸區(qū)域在充分富油條件下的擠壓油膜流動特性的影響。
　　3.在充分富油潤滑狀態(tài)下改變油膜粘度，分析了油膜粘度對微接觸區(qū)域