銷盤滑動磨損試驗的仿真方法研究.pdf

1、摩擦學仿真是現代信息技術和計算機仿真技術并結合各種數學方法在摩擦學領域發(fā)展起來一門新的研究課題。由于實際摩擦學系統(tǒng)的復雜性和工況的不同，使傳統(tǒng)模擬試驗方法獲得的結果往往只是定性的，不能很好地應用于摩擦學系統(tǒng)的設計和實際工程應用。有必要尋求新的方法和手段深入研究磨損的定量規(guī)律，否則就不可能期望在磨損的預防與控制上取得根本性突破。本課題研究的正是通過計算機技術和數學分析方法，選擇銷盤滑動磨損試驗這類典型磨損試驗系統(tǒng)為研究對象，進行滑動磨損試

2、驗的摩擦學仿真研究，以期提供一種新的磨損研究分析方法和相應的磨損仿真模型，實現基本的摩擦學接觸問題和磨損問題的仿真。 本文主要研究內容及結果如下： （1）選擇機械零件常用材料45鋼制作磨損試件，在MMW-1立式萬能摩擦磨損試驗機進行銷盤滑動磨損試驗。通過改變載荷、轉速和熱處理狀態(tài)（硬度），獲得了這些參數對磨損的影響規(guī)律。 （2）在試驗數據和理論分析基礎上，建立了包含多個參數的磨損仿真模型；用試驗數據確定了模型的參

3、數，并用試驗數據對模型進行了驗證，結果表明，仿真模型基本能反映銷盤干滑動磨損試驗的輸入輸出關系。 （3）在對摩擦副接觸特性和接觸應力計算理論分析基礎上，推導了銷盤接觸應力理論計算模型。利用ANSYS軟件分別對銷盤接觸副進行二維和三維的接觸應力模擬分析。有限元模擬分析結果表明，接觸界面壓力分布是不均勻的，接觸面中間接觸壓力小、邊緣大，峰值達到外加載荷的2．786倍。銷盤接觸由靜態(tài)變?yōu)閯討B(tài)時，接觸應力場在形態(tài)和數值上都發(fā)生很大變化。

4、三維和二維模型的計算結果類似，只是在數值有少量變化。分析結果表明，ANSYS有限元法可以用來對理想接觸狀態(tài)進行模擬，便于從直觀上分析銷盤的受力狀態(tài)和它的摩擦磨損機理。 （4）通過對銷盤摩擦副試驗工況條件的分析，建立起銷盤試樣摩擦表面溫度及溫度場分布的理論模型，對45鋼銷盤銷試樣摩擦表面溫度及溫度場分布進行模擬計算；并采用有限元法對摩擦表面溫度場進行了仿真計算。計算結果表明，一維溫度場穩(wěn)態(tài)理論模型及二維差分穩(wěn)態(tài)模型計算結果一致；二

5、維和三維的有限元瞬態(tài)模型的計算結果進一步驗證了一維穩(wěn)態(tài)理論計算模型的可信性。有限元計算結果表明，銷盤摩擦副在滑動磨損過程中，從開始滑動40 s左右，溫度場達到穩(wěn)態(tài)，沿銷軸線方向，穩(wěn)態(tài)溫升基本呈線性分布；二維和三維有限元模型計算的接觸面最高溫升基本一致； （5）針對銷盤干滑動磨損率試驗數據，分別進行了一元非線性回歸模型、多元非線性回歸模型和BP神經網絡模型研究。通過對不同函數類型的一元非線性回歸、多元非線性回歸模型的分析，結果表明