(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 202210557869.0 (22)申请日 2022.05.19 (71)申请人 西北工业大 学 地址 710000 陕西省西安市友谊西路127号 (72)发明人 李峰　邓四二　徐颖强　 (74)专利代理 机构 上海远同律师事务所 313 07 专利代理师 许力 (51)Int.Cl. G06F 30/17(2020.01) G06F 30/23(2020.01) G06F 119/04(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 滚动轴承疲劳寿命预测方法、 设备及计算机 可读存储介质 (57)摘要 一种滚动轴承疲劳寿命 预测方法、 设备及计 算机可读存储介质,基于滚动轴承的宏观模型和 细观代表性体积单元模型， 依据细 观代表性体积 单元模型计算滚动轴承的均匀化材料常数， 然后 将均匀化材料常数应用于宏观模 型中， 从宏观层 次进行计算， 获得应力热点区域， 接着将热点区 域的应力作为细观代表性体积单元模型的边界 条件， 得到热点区域距滚动轴承接触表面的距离 (最大剪应力所处深度)以及热点区域在细观层 次的最大剪应力， 进一步对滚动轴承的疲劳寿命 进行预测， 提供了更全面、 更准确和革新的宏观 尺度和细观尺度相结合的计算滚动轴承疲劳寿 命的方法。 权利要求书3页 说明书5页 附图6页 CN 114936433 A 2022.08.23 CN 114936433 A 1.一种滚动轴承疲劳寿命预测方法， 其特 征在于， 包括： S100、 建立滚动轴承的宏观模型和细观 代表性体积单 元模型； S200、 根据所述细观 代表性体积单 元模型计算所述滚动轴承的均匀化材 料常数； S300、 根据所述均匀化材料常数对所述宏观模型进行仿真， 得到所述滚动轴承的受应 力区域的局部应力热点区域； S400、 将所述局部应力热点区域的应力作为边界条件施加于所述细观代表性体积单元 模型， 得到所述滚动轴承的内圈和外圈的最大剪应力以及最大剪应力所处深度； S500、 根据所述内圈和外圈的最大剪应力以及最大剪应力所处深度， 分别确定内圈额 定寿命L10i和外圈额定寿命L10e， 并根据以下公式计算滚动轴承的额定寿命L10： 其中， e为 威布尔分布斜 率。 2.根据权利要求1所述的一种滚动轴承疲劳寿命预测方法， 其特征在于， 所述S100进一 步包括： S110、 通过有限元 软件， 建立所述宏观模型， 并进行网格划分与边界条件设置； S120、 根据所述滚动轴承的材料的晶体学特征， 通过有限元软件， 建立所述细观代表性 体积单元模型,并进行网格划分与边界条件设置 。 3.根据权利要求2所述的一种滚动轴承疲劳寿命预测方法， 其特征在于， 所述S120进一 步包括： S121、 确定所述滚动轴承的受应力区域的材 料微观结构晶粒平均尺寸信息； S122、 根据所述尺寸信息， 通过Voro noi算法生成所述细观 代表性体积单 元模型； S123、 对所述细观代表性体积单元模型的每一个晶粒赋予随机取向， 并在全局坐标系 中表示每一个晶粒的随机取向， 晶粒局部坐标系与全局坐标系的转 化关系为： Cglobal＝R‑1( θ3)R‑1( θ2)R‑1( θ1)ClocalR( θ1)R( θ2)R( θ3)， 其中， Cglobal为全局坐标系， Clocal为局部坐标系， θi为欧拉角， R为旋转矩阵； S124、 对所述细观 代表性体积单 元模型进行网格划分和周期性 边界条件施加。 4.根据权利要求3所述的一种滚动轴承疲劳寿命预测方法， 其特征在于， 所述S122进一 步包括： 通过控制种子点来控制每一个晶粒的大小， 使所述晶粒符合实际微观结构晶粒平均尺 寸， 且生成晶粒 大小均匀。 5.根据权利要求4所述的一种滚动轴承疲劳寿命预测方法， 其特征在于， 所述S124进一 步包括： 通过以下约束方程对所述细观 代表性体积单 元模型进行周期性 边界条件施加： ， 其中， 为求解场， xj为细观代表性体积单元模型内任一点的坐标值， 为细观代表性 体积单元模型中j节点在α 方向的长度， 为求解场的远场梯度。权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114936433 A 26.根据权利要求5所述的一种滚动轴承疲劳寿命预测方法， 其特征在于， 所述S200进一 步包括： 通过对位移和应力场进行渐进展开以及适当变分原 理的均匀化方法， 计算所述滚动轴 承的均匀化材 料常数。 7.根据权利要求6所述的一种 滚动轴承疲劳寿命预测方法， 其特征在于， 在所述细观代 表性体积单元模型被施加了周期性边界条件的情况下， 所述均匀化方法通过以下公式计算 均匀化材 料常数 ， 其中， 材料常数是一个四阶张量， 可用Eijkl表示， H表示均匀化， Y为周期， 为细观尺度 上的应力。 8.根据权利要求1或7所述的一种滚动轴承疲劳寿命预测方法， 其特征在于， 确定内圈 额定寿命L10i进一步包括： 根据所述内圈的最大剪应力以及最大剪应力所处深度， 通过以下公式计算内圈对应使 用概率为Si的寿命LSi： ， 其中， KGZ、 c、 m为实验参数， τi为内圈的最大剪应力， ui为内圈每转的应力周期， a1为可靠 性系数， S为轴承使用概 率， Vi为内圈受应力作用的材 料体积， 其 边界表示 为： Vi＝ πDiaizi， 其中， Di为内圈的滚道直径， ai为内圈的接触椭圆长半轴， zi为内圈的最大剪应力所处 深度； 根据以下LSi与内圈额定寿命L10i的关系， 计算内圈额定寿命L10i： 9.根据权利要求8所述的一种 滚动轴承疲劳寿命预测方法， 其特征在于， 确定外圈额定 寿命L10e进一步包括： 根据所述外圈的最大剪应力以及最大剪应力所处深度， 通过以下公式计算外圈对应使 用概率为Se的寿命LSe： ， 其中， τe为外圈的最大剪应力， ue为外圈每转的应力周期， Ve为外圈受应力作用的材料 体积， 其边界表示 为： Ve＝ πDeaeze， 其中， De为外圈的滚道直径， ae为外圈的接触椭圆长半轴， ze为外圈的最大剪应力所处权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114936433 A 3