该模型是一个锁机构，指型锁在上锁和开锁的过程中与基座之间会产生磨损。如下图所示，与地面固连的是基座，上下运动的是指型锁。锁的表面会和基座在相对运动中产生磨损。

本文将讲述如何使用MSC.MARC实现对该磨损的有限元仿真，最后将输出指型锁的磨损量wear index。

                                             

由于该卡爪锁是轴对称的，所以只取其中一个指进行计算仿真。

Marc使用的磨损本构模型是Archard磨损计算模型，本构方程如下：

V=KNL/H                     

此时，式子中的K即为磨损系数。

通常，K的大小表示的是一个材料在磨损过程中产生磨粒的概率。并且各种不同材料构成的摩擦副所对应的K差别巨大，并且可以知道材料的磨损与摩擦形成和法向压力成正比，与材料的硬度成反比。此式就是Archard的磨损模型，式中认为与摩擦副产生磨损有关的因素是法向压力、摩擦的距离和材料硬度，但是在磨损的过程中，还有其他因素的影响，即使相同材料的磨损在不同的情况下，磨损系数也会有很大的差异，所以磨损系数K的物理意义其实是排除了前三个磨损因素外的所有影响磨损的因素的集合，代表了一个摩擦副可能发生磨损概率的大小，所以，磨损系数不易确定，并且变动的范围很大，因此，对于特定的工作工况，如此次的指型锁卡住脱开实验，应该根据本实验来确定机构的磨损系数，即在使用有限元仿真的过程中，确定磨损系数是保证整个运算结果是否准确的关键。在理想条件下，研究者在理想条件下测的了一些金属接触的实验数据，可供设置系数时参考，如下表所示。

 常见碳钢实验磨损系数K

以上的磨损系数是在实验数据基础上得到的，它们与实际的工况最大的区别就是实际工况中，摩擦的环境更复杂；磨损的作用时间更长，包括了指型锁的整个使用周期；法向压力是变化的，这种变化可能导致接触表面产生新的凸起和凹陷，从而导致磨损的加剧。

1.  导入模型。

卡爪锁模型是inp类型的网格文件，使用hm生成，其中接触的部分进行了网格优化以便磨损计算。该网格文件使用hm导出后可以直接导入marc。基座是刚体，直接以IGS文件导入。如下图所示：

 

2.  赋予网格材料属性

如下图所示。材料使用普通碳钢。

 

 

3.  硬度和磨损系数

然后，在wear模块中设置相应的硬度和磨损系数，其中硬度为193，磨损系数为0.0003。如下图所示：

 

4.  设置摩擦系数

在contact body中设置变形体的摩擦系数。摩擦系数为0.1。如下图所示：

 

然后在contact table中设置锁与基座的接触关系，如下图所示：

 

5.  设置边界条件

然后设置边界条件。基座为约束三个方向的位移，锁为约束x，z方向的位移，如下图所示：

 

 

y方向通过一个table设置它的位移。如下图所示：

 

6.  后处理结果

本次仿真共进行了500次的循环磨损，数值仿真过程中各个阶段的磨损情况如下图所示。

脱开卡住0次

脱开卡住100次

脱开卡住200次

脱开卡住300次

脱开卡住400次

脱开卡住500次

各个阶段的磨损云图

由以上云图可以看出接触表面的磨损过程，不同的磨损阶段对应的云图也有相应的区别。从100次的图中可以看出，指型锁的脱开卡住过程中，磨损发生在指型锁凸台的上半部分和下半部分的倒角处，两个倒角之间的表面几乎没有磨损，磨损发生较严重的位置位于下倒角和上倒角的两端。

从200次到400次的图中可以看出，在接触面不断的相对运动后，磨损的面积会逐渐变大，以最初的磨损最大的位置为中心，逐渐向边缘扩散，其中磨损最严重的的位置将是下倒角处，上倒角没有下倒角磨损严重，但是也在整个倒角上发生了磨损，上半部分的磨损面积增大的较多，但是磨损并不十分严重。

从500次的图中可以看出，整个数值仿真实验完成后，磨损的位置涵盖了指型锁凸起的上半部分的表面和下倒角，并且两个倒角之间的平面的两侧也发生了微小的磨损趋势。从整个磨损的趋势看出，磨损通常是由表面的点角处开始发生的，然后沿着较为凸起的边开始累积，直到整个边缘产生磨损后，对应的面也会产生磨损的趋势。

详细建模过程的视频，见：http://www.jishulink.com/college/video/c11463?nagivator=course