双粗糙面滑动摩擦热力耦合有限元分析

建立了双粗糙分形表面滑动摩擦的热力耦合模型,综合考虑了随温度变化的材料性能、材料的弹塑性变形及摩擦副的磨损失效等因素,以摩擦材料的性能参数及设定的材料损伤参数为实例对双粗糙分形表面滑动摩擦全过程的温度场、应力场及磨损进行了数值模拟,分析得到了滑动摩擦过程中摩擦界面最高接触温度、接触应力的分布、磨损率及其变化规律,实现了对双粗糙面摩擦磨损情况的模拟及预测。     

弹塑性粗糙体/刚体平面滑动摩擦过程热力耦合分析

建立一具有三维分形特性的弹塑性粗糙表面与一理想刚性平面接触的热力耦合模型,充分考虑粗糙表面接触微凸体间的相互作用及接触界面摩擦热流耦合等的影响.运用大型有限元软件ANSYS中的非线性有限元多物理场方法,数值模拟并分析了滑动摩擦过程粗糙实体的热、力分布规律.发现由于速度的突变,滑动初始摩擦表面最高温度急剧升高,而匀速滑动中温升缓慢;整个滑动摩擦过程中粗糙表面的VonMises等效应力分布极其不均,且在接触凸点后方距表面一定深度处存在一拉应力区;在滑动瞬间及其闪点温度形成时,粗糙实体表面的VonMises等效应力发生明显变化,且最大拉应力值及其拉应力层厚度明显增大,此结果为材料裂纹萌生及扩展提供了一定的理论依据.     

双粗糙面滑动过程考虑黏着时的摩擦学性能分析

建立了二维双粗糙体分形表面的接触模型,在固定滑动速度工况下考虑材料的磨损失效,针对是否考虑接触过程中的黏着因素,动态探讨了粗糙体在滑动过程中的摩擦磨损变化情况。运用有限元方法对滑动过程的摩擦磨损进行模拟仿真,得出考虑黏着因素的界面剪切强度τ=σy/3(σy为材料的屈服应力)时的摩擦因数平均值为0.48;对滑动过程是否考虑黏着因素的磨损率及振动情况进行分析比较,引入快速傅里叶函数对摩擦振动进行变换得到功率谱,结果发现,考虑黏着因素的情况下,相应的磨损率较大,功率谱低频成分较多,振动相对比较平缓,所需要的能量也相应比较大。将模拟仿真结果与实验进行比较,验证了模拟仿真的合理性,也加深了对摩擦磨损过程物理图像的理解。     

双粗糙表面滑动过程不同条件对Z向速度的影响分析

采用W-M函数建立具有分形特征的三维双粗糙面接触模型,在滑动速度、法向载荷及界面剪切强度等各种因素的相互作用下,动态探讨了粗糙体在滑动过程中的摩擦磨损情况。运用有限元方法对滑动过程进行模拟仿真,对Z向速度在各种因素作用下的变化规律进行分析,结果显示滑动速度较小情况下,Z向速度振幅较小;较小法向载荷情况下,Z向速度的振幅较大;界面剪切强度较小情况下,Z向速度的振幅较大。从功率谱看,较小界面剪切强度下摩擦振动变化比较强烈,而相应的所需要能量比较小。将这些结果与相关文献或实验进行比较,得出模拟仿真的合理性,同时通过研究法向载荷、滑动速度、界面剪切强度等工况参数对摩擦振动的影响,以期为摩擦学设计和摩擦材料的制备提供理论参考。     

热力耦合下微接触点塑性应变沿深度变化分析

在考虑粗糙实体弹塑性变形、热力耦合、微凸体间相互作用和摩擦热流耦合等影响下,运用有限元法数值模拟具有三维分形特性的粗糙面与刚性平面间滑动摩擦过程,分析了粗糙实体接触凸点塑性变形随深度变化情况。发现：在速度的突变和闪点温度形成时,摩擦接触表层等效塑性应变增大明显;在这一摩擦表层,过不同接触点的纵向剖面塑性应变沿深度分布不同：有的是接触表面塑性变形最大,有的是在接触微凸体表面下某一深度塑性变形最严重,而接触凸点表面的塑性应变稍小些。这与相关文献用SEM研究干摩擦后金属摩擦表层变形照片后发现的结果一致。滑动摩擦过程中,金属粗糙摩擦接触表层塑性变形的不断累积,将会导致材料表层中的夹杂或微观缺陷周围萌生微孔和裂纹源。     

基于W-M分形函数的轮轨滑动接触热响应分析

利用W-M分形函数,建立考虑钢轨表面粗糙的二维轮轨弹性接触模型,进而引入温度对材料参数和摩擦系数的影响,采用直接耦合法模拟车轮以1m/s速度沿钢轨滑动45mm,阐明粗糙表面的轮轨滑动接触热响应的特性。利用Hertz理论验证了有限元接触算法的精确性,在此基础上研究了表面廓形影响下的接触应力随分形函数自变量维数D和尺度系数G变化的规律,验证了有限元模型模拟粗糙表面的可靠性。研究结果表明：粗糙表面对轮轨温度场分布特点没有影响,但会引起轮轨表面温度和温升过程的波动;车轮最高温度相差4℃,钢轨最高温度相差10℃,且车轮最高温度更高;车轮和钢轨表面的温度波动受D和G的控制,但影响规律存在差异：钢轨表面温度随D和G的改变线性变化,而车轮表面温度变化未体现类似的线性关系。因此,可借助轮轨表面粗糙度特征对钢轨温度波动进行合理预测。     

制动器摩擦接触表面温度场分布特性研究与实验验证

通过运用滑动接触理论,考虑摩擦接触表面的变形因素,依据制动器制动规律,建立摩擦接触表面温度场分布模型,研究制动器摩擦副滑动过程中温度场变化规律并进行试验验证。分析结果表明:随着达到最大压力时间的延长,制动摩擦接触表面最高温度呈现下降趋势;制动温度场在轴向和径向上变化趋势较为明显,随着傅里叶数的增加,摩擦接触温度呈现下降趋势;通过试验验证后摩擦接触表面温度场理论计算模型与试验结果在趋势和结果上基本相同。     

矿用大尺寸湿式摩擦副瞬态摩擦热特性研究*

矿用重型刮板输送机可控启动装置的核心部件湿式摩擦副在启动过程中，呈现出液体黏性摩擦、粗糙接触摩擦、生热/传热/散热等高度复杂的耦合特征，对瞬态摩擦热特性的研究提出了较大挑战。以矿用大尺寸湿式摩擦副启动过程为研究对象，构建接触界面压力与瞬时热传导模型，基于界面压力的动态变化研究摩擦副瞬态摩擦热特性，揭示非均匀温度场的动态分布规律，分析对偶钢片和摩擦片温度的差异性，并进行试验验证。结果表明：摩擦副瞬态温度场受到接触界面压力、相对转速及对流换热作用的综合影响，径向方向存在明显的温度梯度，呈现不均匀性分布，最大值出现在外径附近，摩擦片最高温度只有对偶钢片的1/2。仿真值与试验值具有较好的吻合性，可准确地预测温度场的动态变化规律，为大尺寸湿式摩擦副瞬态热特性的研究奠定了理论基础。     

粗糙表面基于G-W接触的三维瞬态热结构耦合

工程表面是粗糙的,其对磨损有较大影响.为了研究磨损过程的热动力学,文中基于G-W (Greenwood-Williamson)接触模型,将两个粗糙表面简化为一规则形状微凸体与一理想平面,分析在移动热源作用下接触面的边界条件,着重考虑摩擦滑动过程中两物体的弹性变形以及摩擦接触温度与接触区域应力的耦合问题,利用热-结构顺序耦合建立三维瞬态有限元计算模型.从而揭示粗糙表面滑动摩擦副的温度和热应力分布规律,为进一步研究热-机械失效问题及磨损机理奠定理论基础.     

双粗糙面滑动过程摩擦因数的变化分析

采用W-M函数建立具有分形特征的三维双粗糙面接触模型,考虑了接触界面间的黏着效应,在滑动速度、法向载荷及界面剪切强度等参数变化下,运用有限元方法探讨了粗糙体在滑动过程中摩擦因数的变化情况。结果显示,滑动速度、法向载荷及界面剪切强度等参数对摩擦因数的变化有一定的影响,边界润滑工况下平均摩擦因数为0.28,无润滑工况下平均摩擦因数为0.713,最大界面剪切强度时的平均摩擦因数为0.73;随着界面剪切强度的减小、法向载荷的增大、滑动速度的增加,滑动摩擦因数有所减小。与相关文献结论或实验结果进行比较,证明了上述结果的正确性。分析结果可为摩擦学设计和摩擦材料的制备提供理论参考。