磨粒磨损的接触分析

磨粒磨损作为磨损的主要类型之一,影响机械使用寿命。针对犁沟磨损机制,采用球形磨粒模型和分形磨粒模型,对于磨粒磨损的压入、滑动和压碎3个过程,利用有限元软件ANSYS,分析磨粒与磨损表面接触区的Mises应力和剪应力分布以及应力随表面深度的变化情况,并对2种模型的分析结果进行对比。研究结果表明,球形磨粒模型中,磨粒与表面接触处的Mises应力和剪应力分布比较分散,且应力峰值较小,在相同材料和压力下磨粒和表面均未压碎;然而分形磨粒模型中,磨粒与表面接触处的Mises应力和剪应力分布比较集中,且应力峰值较大,磨粒和表面均压碎。2种模型中,采用分形方法构造的分形磨粒形状与实际情况中的磨粒形状更加相似。     

基于分形理论的磨粒磨损类型

本文在M-R接触分形模型的基础上，根据塑变磨损理论导出了基于分形参数的磨粒磨损模型，建立了磨损率与分形维数之间的关系，综合反映了材料的磨损规律和表面特性。根据该模型可知，当分形维数在某一范围时，磨损率达到最小值。当分形维数一定时，磨损率随尺度系数、磨损概率常数的增大而增大。随材料性能参数的增大而减小；当其余各影响参数保持一定时，磨损率随接触面积的增大而增大。     

磨粒磨损中微观接触过程的有限元分析

分析了磨粒压入被磨损材料表面、磨粒在材料表面滑动和卸载脱离接触的过程,研究了这三个接触阶段材料表层的应力应变、接触压力和接触摩擦切应力特征。结果表明,微观接触过程不仅存在材料的非线性作用和摩擦接触的状态非线性作用,而且存在着由于材料表面变形引起的几何非线性作用,被磨损材料表层的应力应变和接触压力的分布和大小与材料表面变形过程有关。     

基于分形理论的磨粒磨损模型

本文在M-B接触分形模型的基础上,根据塑变磨损理论导出了基于分形参数的磨粒磨损模型,建立了磨损率与分形维数之间的关系,综合反映了材料的磨损规律和表面特性。根据该模型可知,当分形维数在某一范围时,磨损率随分形维数的减小而迅速增大;而在另一范围时,磨损率随分形维数的增大而增大;当分形维数等于1.5时,磨损率达到最小值。当分形维数一定时,磨损率随尺度系数、磨损概率常数的增大而增大,随材料性能参数的增大而减小;当其余各影响参数保持一定值时,磨损率随接触面积的增大而增大。     

磨粒微观滑动接触过程热效应的有限元分析

利用ANSYS有限元软件分析了磨粒与被磨损材料表面滑动接触过程中,在摩擦热和力场的耦合作用下,接触区表现出的局部温度变化、应力变化等特性。结果表明,在磨粒滑移过程中,磨粒相当于接受固定热源作用,接触区温度逐渐上升,温度存在起伏波动现象,瞬现温升最高点在磨粒接触区两侧,反映出接触状态的不连续性,接触区状态的非稳定性;被磨材料表面的各点在进入接触前、经历接触时、脱离接触时,接触区温度存在先升高再下降的变化过程,同时,接触区的应力、剪应力、接触压力也发生变化。磨粒滑动过程的热效应问题研究将有助于揭示接触过程中材料表面损伤机制。     

磨粒磨损的模型化分析

磨粒磨损作为磨损的主要类型之一,影响机械使用寿命。针对犁沟磨损机制,用球形、圆锥形和圆台形磨粒模型分析其磨粒磨损的磨损率和摩擦因数,考虑磨粒数量与磨粒尺寸间的指数关系,分析磨损率随磨粒数量和磨粒尺寸的变化,计算平均摩擦因数随磨粒数量及其参数的变化。研究结果表明,球形磨粒模型的磨损率随着磨粒的减小和磨粒数量的增加而减小,其摩擦因数随着磨粒数量的增多而增大;圆锥形磨粒模型的磨损率随着磨粒的增大与数量的增多而增大,其摩擦因数随着倾斜角的增大而增大;圆台形磨粒模型的磨损率变化趋势与球形磨粒一致,但其摩擦因数变化的趋势与球形磨粒相反。     

磨粒特征随滑动磨损进程的变化规律

为提高基于磨粒的机器状态监测的准确性,研究了磨粒特征随滑动磨损进程的变化规律.在球一盘磨损试验机上模拟可靠润滑和润滑不足2种工况下的摩擦磨损试验,分析了磨损过程中不同磨损阶段的磨粒尺寸分布和磨粒表面粗糙度,探讨了磨损进程中磨粒尺寸分布与磨粒表面粗糙度之间的关系.研究结果表明磨损进程中的磨粒特征的变化对机器状态监测极为有效.     

磨粒分形识别及发展

相互作用表面间必然会产生磨粒,磨粒含有大量的有关材料摩擦磨损的信息。磨粒形态分析是确定磨损方式和磨损程度的有益手段。磨粒并非是欧氏几何体,而是展示出了分形性质。基于分形几何理论,可获得尺度不变的分形参数,用这类参数可对磨粒形态进行客观、全面的表征。本文综合评述了磨粒分形表征以及磨粒形态与磨损方式、磨损程度间的定量耦合关系等的研究进展,对将来磨粒分形研究的趋势和注意的问题进行了探讨。     

实时温度和磨粒条件下氟橡胶密封圈摩擦磨损特性研究

橡胶密封件的磨损失效严重影响了其使用寿命,而井下钻进时地层温度导致的密封件力学性能衰减和岩屑侵入导致的材料磨损失效都是加剧橡胶密封件失效的重要因素。为探讨氟橡胶（FKM）密封件在实时温度环境和磨粒条件共同作用下的磨损失效机制,通过模拟井下实际工况,研究实时温度对氟橡胶密封件力学性能的影响,开展实时温度下氟橡胶密封件与SS304钢配副的磨粒磨损实验,探究橡胶力学性能变化导致温度和磨粒条件下FKM/SS304配副接触形式转变的原因,并分析氟橡胶密封件磨损机制变化以及对摩擦因数、磨损量以及配副表面磨损形貌等的影响。结果表明：氟橡胶硬度、弹性模量等力学性能指标在实时温度升高至60 ℃时发生明显衰退,力学性能的衰退使密封副之间的接触形式由三体接触转变为二体接触;橡胶表面磨损形貌由60 ℃之前的三体磨损导致的凹坑转变为二体磨损时的表面材料剥离,金属表面磨损形貌也由犁沟为主转变为划痕损伤;橡胶磨屑形貌也因磨损机制变化逐渐转变成条状磨屑。研究结果为井下钻进机具密封件材料的选择及性能优化提供依据。     

磨粒粒度分布对三体磨粒磨损的影响

实验研究了磨粒粒度分布、摩擦副表面粗糙度及摩擦面间距离对三体磨粒磨损的影响。结果表明,存在一最佳磨粒粒径分布均方差与摩擦副综合表面粗糙度之比使摩擦副的磨损最小;摩擦面间距离h对磨损的影响有一临界值h_c,当h大于h_c时,磨损随h的增大而减少,当h小于h_c时,磨损随h的减小而减少。对于综合表面粗糙底较大的摩擦副,当h小于某一值h_c以后,磨损将随着h的减小而增多。     

磁流变抛光轮磨损影响因素分析

针对磁流变抛光轮长时间使用存在的严重磨损问题,分析磁流变抛光轮磨损原因,建立抛光轮半固着磨粒磨损模型,分析影响抛光轮磨损的主要因素。分析表明:磁流变抛光轮产生磨损的主要原因是回收器处形成的磁密封与抛光轮之间产生的半固着磨粒磨损,其磨损特征表现为介于二体磨损和三体磨损之间;磁场和磁链的变化是磨损率改变的根本原因,影响抛光轮磨损的主要因素为回收器间隙、抛光轮转速、抛光颗粒的含量和尺度。通过实验研究3种主要因素对抛光轮磨损的影响规律。结果表明:磨损率随回收器间隙的增大而减小,随着抛光轮转速、抛光颗粒的尺度和含量的增大,先增大后减小。实验结果与理论分析结果相吻合,验证了建立的半固着磨粒磨损模型的正确性。     

表面磨损的动态分形模型研究

由于表面形貌的分形维数Ｄ和尺度系数Ｇ会随着零件表面的磨损发生变化,故应用切比雪夫多项式来表征磨损表面分形维数Ｄ的动态变化规律,分析尺度系数Ｇ随零件表面磨损的变化趋势,并提出一组磨损率动态预测分形模型。仿真试验表明,磨损率动态预测曲线与同条件实验结果表致,且更精细。     

一种磨损数值计算方法的实验分析

使用环块磨损试验机和表面形貌仪,选用不同摩擦副材料和通过控制磨损距离、载荷以及转速等变量,研究磨损率的变化,验证一种基于Archard磨损计算模型的数值计算方法。结果发现:磨损深度随磨损距离的变化由一开始的迅速增加逐渐变慢,最后趋向于稳定增加;摩擦副材料的改变对磨损率大小的影响十分剧烈;磨损率随着载荷的增大而增大,但二者之间不是简单的线性关系;忽略温度变化的影响时,磨损率与磨损速度的大小无关。实验证明,该计算模型对不同材料、不同载荷的磨损量计算结果,均与实际实验所得的磨损量吻合良好,但在磨痕深度较浅时相对误差较大。     

A statistical model describing wear traces in three-body abrasion

Cutting wear is a mechanism by which material is removed through three-body abrasion. In the present paper, a statistical model describing the wear traces on a worn surface is proposed for three-body abrasion, to estimate cutting wear as a proportion of the total wear of the test materials. Using this model, a statistical analysis of the traces on the worn surface was made after short-travel, three-body abrasion tests. The results showed that cutting was not a great proportion of the total wear of the test materials under the conditions of three-body abrasion.     

钴基合金的滑动磨损行为及仿真预测

以销—盘滑动模型为对象,研究钴基合金的摩擦磨损行为,预测大尺寸接触对的磨损状况。通过自主研发的磨损试验机获得钴基合金Stellite6材料的磨损量随磨程、速度和压力的变化规律;在试验与模拟相结合的基础上,建立滑动磨损过程的预测模型,实现节点移动和单元更新过程的自动递推,完成磨损各个阶段的动态仿真,并构建实现磨损过程全自动数值仿真的平台,应用于大尺寸耳轴—轴套模型的磨损预测。结果表明,基于销—盘滑动试验,采用有限元法来离散磨损过程,通过非线性计算实现的磨损仿真结果具有较高的可靠性和有效性。     

大型轴流泵泥沙磨损特性研究

为探讨大型轴流泵的泥沙磨损特性,采用非均相流模型、Particle模型和Tabakoff磨损模型和滑移壁面边界条件,研究泥沙在轴流泵内部的流动规律及磨损机制。结果表明:叶片头部及叶片工作面的泥沙体积分数和磨损率最大,导致叶片头部、工作面磨损速度和程度大于背面;粒径对泥沙的运动轨迹有显著影响,而含沙量的改变对泥沙的运动轨迹影响不大;颗粒在叶轮中的运动速度与粒径呈正相关关系,粒径大的沙粒向叶片工作面运动的趋势更为明显,说明粒径为影响泥沙运动轨迹的一个主要因素,含沙量为一个次要因素;随着泥沙粒径的增大,磨损率范围增大,磨损强度也相应增大,随着含沙量的增大,叶轮内各处磨损率均增大,说明粒径和含沙量均是加快轴流泵磨损的重要因素。     

Modelling of Tool Wear Based on Component Forces

Polynomial and exponential wear models of the joint effect of different combinations of component forces or ratios were fitted to determine the wear model that would give the best approximation of actual tool wear rates. Statistical analysis revealed the combination of force ratios: F ₁=F _f/F _t, F ₂=F _r/F _t and F ₄ = to have the highest statistical significance with tool wear rate based on F _cal and r ² statistics for both polynomial and exponential models, with the latter giving the best approximation of the actual tool wear rates. A wear map was established using the exponential wear model of the force ratios for the machining of a nimonic C-263 nickel-base alloy with PVD TiN/TiCN/TiN-coated carbide insert grade.     

借助遗传算法建立机器正常磨损过程的趋势模型

分析了几种常见建模方法在正常磨损过程趋势建模中的不足，提出了基于遗传算法的正常磨损过程趋势建模方法。通过在航空发动机磨损故障预警中的一个应用实例，验证和显示了该方法的可行性和优越性。另外，该方法对实际磨损数据序列为不等间隔序列的情况也具有适用性。     

高分子复合材料齿轮磨损模型及磨损测试研究

基于Archard磨损模型,建立高分子复合材料齿轮磨损量模型;分析黏弹性体高分子复合材料齿轮的啮合特性,探讨高分子复合材料齿轮磨损量测量原理。设计了一种高分子复合材料齿轮磨损量测量系统,该系统的测试原理是,通过单铰链支撑的悬臂梁和枢轴箱对齿轮动态加载,使齿轮轮齿表面发生磨损从而导致枢轴箱发生旋转,通过位移传感器测量枢轴箱的偏转角,然后由建立的偏转角与齿轮磨损量之间的关系模型计算得到磨损量。在设计的测试系统上对尼龙66齿轮进行疲劳磨损实验,实验结果和理论模型计算结果基本吻合,既验证了理论模型的正确性,也为高分子复合材料齿轮磨损测试提供了一种新方法。     

Critical conditions for wear in pivoted follower valve train systems

There are numerous wear problems associated with the use of pivoted cam follower valve train systems in modern high-speed automotive engines. These problems have led to the introduction of an increasing number of engines of this type as specification tests to assess the antiwear performance of lubricants. Critical conditions for wear in these systems have been identified by the application of a steady-wear process model to the kinematic analysis of the cam/follower contact cycle. The positions of maximum wear identified by this technique showed better agreement with worn engine components than the more commonly used criteria of maximum contact pressure and oil film thickness.