地铁闸机齿轮是闸机的关键零件,预测其产生裂纹后的疲劳寿命对闸机的运行维护具有重要意义。基于扩展有限元法(XFEM),利用ABAQUS软件对地铁闸机齿轮裂纹扩展过程进行了仿真,根据裂纹扩展轨迹求解应力强度因子,采用Paris幂函数式获得裂纹扩展寿命;分析了齿轮不同啮合位置、不同阻力矩和不同裂纹初始位置情况下,应力循环次数与裂纹扩展长度间的关系;采用逐步回归分析法和灰度关联法,获得了地铁闸机齿轮裂纹扩展与剩余寿命预测模型。

用扩展有限元法XFEM（Extended Finite Element Method）解决夹杂问题时，夹杂与基质的界面把单元分成若干部分。求单元刚度矩阵时，需要分别在这各个部分求积分。找到便于程序编制的描述各积分区域几何形状的方法是亟待解决的问题。本文把各积分区域的形成过程看成是圆对四边形的多次切割。考虑切剩区域与回的关系时，把不完整的边仍看作完整的边，把切剩区域看成是四边形或是切去一两条边的四边形。采用排列组合的方法，把它们与圆的所有位置关系列了出来。