基于机器视觉的齿轮接触疲劳数值分析

• 作者: 陈玲 魏沛堂 余泳 刘怀举 朱才朝 周浩
• 来源期刊: 中南大学学报（自然科学版）
• 学科: 工学
• 关键词: 齿轮滚动接触疲劳 微观结构 机器视觉 图像处理 连续损伤
• 年，卷（期）: 2021,（12）
• 所属期刊栏目: 矿业工程? 冶金工程? 环境工程? 化学与化学工程? 材料科学与工程|Mining Engineering, Metallurgical Engineering, Environmental Engineering,Chemistry and Chemical Engineering, Materials Science and Engineering
• 页码范围: 4271-4282
• 页数: 12页
• 分类号: TH132.413
• 语种: 中文
• DOI: 10.11817/j.issn.1672-7207.2021.12.008

摘要

传统宏观齿轮接触疲劳寿命预测方法基于均匀连续材料假设,未考虑多晶体的微观结构,难以描述材料的真实微观结构特征对齿轮滚动接触疲劳寿命影响.为了突破传统方法的局限,提出一种基于机器视觉数字图像处理技术,考虑材料真实微观结构的齿轮接触疲劳数值分析方法.首先,通过表征试验获取齿轮节点处啮合区域材料的真实晶粒形貌;其次,采用MATLAB图像处理工具箱识别晶粒形貌图像,生成真实微观几何拓扑结构;第三,构建弹塑性连续损伤耦合的本构关系,建立齿轮接触疲劳分析二维有限元数值模型;最后,研究齿轮循环受载历程中最大接触压力、晶界剪应力以及晶界损伤的分布情况,分析齿轮节点啮合区域不同微观结构特征对损伤的影响.研究结果表明:基于机器视觉的图像处理技术能很好地模拟齿轮材料的真实微观结构;在齿轮接触疲劳损伤过程中,最大接触压力呈现逐渐减小趋势;随着循环加载次数增加,损伤逐渐出现局部化现象;在损伤后期,采用图像处理法进行微观结构重构时,损伤速率显著加快.