扭動微動磨損損傷機理及防護的數(shù)值分析研究.pdf

1、扭動微動作為一種基本相對運動和變形方式，大量存在于實際工況中，如交通工具中大量存在的球窩配合件及旋轉緊固件、輪軸配合、人體關節(jié)、及各種人工關節(jié)等。其產(chǎn)生的磨損損傷會引發(fā)機械零部件服役安全及人體生命健康問題。但扭動微動研究起步較晚，報道較少，解析解存在一定局限性。西南交通大學摩擦學研究所開展的系統(tǒng)試驗研究，主要在二類微動圖基礎上，建立了扭動微動磨損的運行和損傷機理，但扭動微動的力學行為和機理卻有待分析與研究。同時，減緩微動損傷措施的研究主

2、要集中于切向微動，表面工程技術在抗扭動微動損傷中的應用研究極為少見。因此開展扭動微動磨損和防護的力學行為分析，不僅可以深化扭動微動磨損損傷機理、豐富微動摩擦學理論，而且對實際應用中抗扭動微動磨損失效具有重要的工程指導意義。
　　本研究基于接觸問題有限元方法對扭動微動開展數(shù)值分析，研究關鍵微動參數(shù)對接觸表面及次表面的應力應變分布的影響。從力學角度分析扭動微動磨損損傷特性，并將力學行為和實驗現(xiàn)象進行對比分析;并利用ABAQUS用戶子程

3、序Fric引入接觸表面隨時間和空間各項同性變化的摩擦系數(shù)，對扭動微動磨損進行數(shù)值模擬。在摩擦扭矩曲線和試驗結果較好吻合基礎上，進一步分析扭動微動力學行為;同時開展MoS2涂層扭動微動有限元分析，通過與基體力學行為的比較，探討固體潤滑涂層在抗扭動微動磨損中應用的可行性。獲得的主要結論如下:
　　(1)扭動微動有限元分析結果顯示:不同運行區(qū)域扭矩曲線形狀與試驗結果較好吻合，說明有限元分析中接觸表面的變形行為和摩擦行為與實際基本相符。在

4、有限元分析中，需依據(jù)T-θ曲線形狀結合接觸狀態(tài)轉變特征分析來劃分運行區(qū)域。橢圓型T-θ曲線，并且接觸狀態(tài)云圖中粘著區(qū)隨循環(huán)周次增加有減小趨勢，表明微動運行于混合區(qū)。
　　(2)數(shù)值模擬結果的三種微動運行區(qū)域下摩擦扭矩—角位移幅值曲線與試驗結果無論在形狀還是數(shù)值上均較好吻合，說明所采用摩擦系數(shù)模型能夠模擬扭動微動接觸界面摩擦系數(shù)演化及變形行為，在扭動微動磨損力學機理分析中考慮摩擦系數(shù)的動態(tài)變化非常有必要。在此基礎上，扭動微動的力學行

5、為分析和損傷機理揭示更加可靠。
　　(3)表面塑性變形和摩擦剪力對表面磨損起主控作用。三種扭動微動運行區(qū)域塑性應變和摩擦剪應力的分布和演化不同，相應的磨損損傷程度和演化也不同。
　　(4)結合SWT參數(shù)和關鍵平面方法，對混合滑移區(qū)接觸副表面的裂紋萌生與擴展位置進行預測分析。結果表明:次表面應力應變分布狀態(tài)決定了裂紋萌生與擴展，裂紋應在粘滑交界處和滑移區(qū)內(nèi)接近接觸邊緣處萌生與擴展，預測結果與試驗結果較好吻合。
　　(5)