当前有限元分析已逐渐广泛应用于工程设计和分析中，对于混合陶瓷球轴承设计分析也是如此。轴承工作实质上是接触问题，对于混合陶瓷球轴承来说，轴承球与内外套圈主要是点接触，接触区域小，接触应力大，内外套圈在接触区内要发生塑性变形，产生剩余应力。这属于材料的非线性问题，应先根据材料拉伸试验数据拟合得到该材料的非线性性能参数，再以此为基础，研究材料非线性性能对有限元分析的最终影响，通过与试验验证结果和赫兹接触理论结果的比较，对设计或工程的有限元接触分析中材料非线性行为的影响做出评估。
      以轴承中的重要材料轴承钢GCr15为研究对象，研究材料非线性在有限元分析中的应用和影响。由于钢制材料性能与材料本身的热处理等有很大的关系，因而具有不确定性。为了获得轴承分析中真实的材料参数，做了经淬火热处理的同一批GCr15的材料的拉伸试验。最终得到的拉伸试验应力-应变曲线，相关拉伸试验数据见表。
      GCr15没有明显的屈服阶段，Rσ点是产生0.2%塑性应变对应的点，即定义为条件屈服点，试件序号1 2 3平均值中Rσ0.2为条件屈服点对应的应力，εσ0.2为条件屈服点对应的应变。从拉伸曲线图可以看到，在拉伸的初始阶段，应力与应变成线性关系，根据胡克定律:σ=Eε(1)取BN段上任一点，可得：
      式中：σ，ε—应力和应变；
      E—弹性模量；
      F—拉力；
      A—初始截面积。
      由试验数据计算得GCr15的弹性模量为1.99×105MPa。
为了重点研究材料非线性行为对有限元分析结果的影响，将轴承接触问题适当简化，使用研究了两种接触模型。
      (1)平板-球接触模型，即两块轴承钢板(代表轴承的内外套圈面)在外载荷作用下与轴承球接触。钢板：直径D=90 mm，厚度h=10 mm。滚动体：直径D=9.6 mm，球数2，球心距钢板中心距离e=35 mm，钢球均布。
      (2)滚道-球接触模型，即使用一个推力球轴承内滚道，来替代平板-球模型中的下钢板，其余部分不变，实体模型见图。
      其中滚道内径60 mm，外径90 mm，厚度5.6 mm，沟曲率半径5.1 mm。
      上述模型均是通过对平板施加外载实现球体与平板(或滚道)的接触，来近似替代实际中轴承内部的接触状况。

                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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