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。     

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。     

考虑摩擦切向力的弹塑性粗糙表面接触模型

基于接触微凸体由弹性变形向弹塑性变形及最终向完全塑性变形的转化皆是连续和光滑的假设,提出一种综合考虑弹塑性变形以及摩擦切向力等因素的新型粗糙表面接触模型。通过分析不同塑性指数以及载荷条件下该模型与ZMC模型以及GW模型预测。结果发现:在低塑性指数、小法向接触载荷情况下,该模型预测的真实接触面积相比ZMC模型偏小,甚至比GW模型预测的真实接触面积偏小,但是随着法向接触载荷的增加,该模型预测的真实接触面积逐渐增大,并超过ZMC模型以及GW模型预测结果;在高塑性指数下,该模型预测的真实接触面积即使在小法向接触载荷情况下也相比ZMC模型以及GW模型预测的真实接触面积大,且随着载荷的增加,真实面积之间的差距也逐渐增大;随着塑性指数的增加,该模型预测的真实面积超过GW模型以及ZMC模型预测值的临界载荷逐渐减小。     

车削真实粗糙表面的弹塑性接触有限元分析

目前表面模型主要以统计数学方法和分形方法居多,不能真实的反应表面特征.通过Wyko NT1100形貌测量仪获得车削表面的形貌数据,利用最小二乘法对Bad点和噪声点进行拟合插值处理,然后通过逆向建模得到真实粗糙表面模型,运用有限元方法,研究了弹性阶段和弹塑性阶段无量纲化接触面积和位移随无量纲化载荷的变化关系.结果表明:利用测量数据格式与CATIA V5之间联系,可以建立真实粗糙表面的模型;在弹性接触阶段,无量纲化接触面积和位移与无量纲化载荷之间近似成线性关系;而在弹塑性接触阶段,当弹塑性切向模量Et较大时,无量纲化接触面积和位移与无量纲化载荷之间才近似成线性关系.当载荷一定时,Et越小,接触面积和位移越大,对于一定接触面积和位移的载荷也越大.     

微观随机粗糙表面接触有限元模型的构建与接触分析

基于相关文献提出粗糙表面模拟方法,通过软件工具在ANSYS中建立微观粗糙表面接触有限元模型,利用该模型分析载荷对弹塑性变形和接触面积的影响。结果表明:随着正压力的增大,粗糙表面上不断地有微凸峰与平面发生弹性接触变形,接触斑点(或接触斑点群)的数目逐渐增加,斑点中心区域的弹性变形很快达到最大,微凸峰负荷变形的同时也使斑点四周区域受到挤压;初始接触时,轮廓高度较大的微凸峰率先发生弹性变形,随着压力的增大,金属材料所受应力达到屈服极限同时粗糙表面的弹性变形和塑性变形的集中区域不断增加,真实接触面积不断增大;接触区数目的增多和接触区面积的增加都可以导致接触面上真实接触面积增加;随着压力的增大,真实接触面积的增大并不是由于接触区数目的增多,而是微观接触区面积的增大。     

考虑两粗糙面分形特性的接触模型

基于M-B分形接触模型,通过构建接触系数建立了考虑两粗糙面分形特征的接触模型。分析结果表明,修正模型能较好地与实验数据相吻合,并适用于更大的载荷,修正模型综合考虑两粗糙面的特性,其计算结果与实际接触情况更相符,为摩擦磨损预测、磨粒分析以及不同粗糙度表面的接触分析提供了参考。     

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。     

齿面粗糙度对齿轮传动接触疲劳应力的影响

对齿面粗糙度呈余弦分布的渐开线圆柱齿轮进行热弹流润滑数值计算,分析齿面粗糙度对齿轮传动接触疲劳应力的影响。结果表明:粗糙度会使轮齿接触区次表面发生明显的应力集中,粗糙度波长愈小,应力集中愈明显,且愈贴近齿轮表面;随着粗糙度波幅的增大,平均油膜厚度单调增大,而接触区次表面主剪应力的最大值呈抛物线变化;随着粗糙度波长的增大,平均油膜厚度迅速减小而主剪应力的最大值急剧增大,但当波长增至一定值时,二者各自趋于光滑齿面接触时的相应值。     

平面应力裂纹尖端复合型弹塑性变形场和约束场的有限元分析

应用有限元方法分析了不同Ⅰ＋Ⅱ复合型下裂纹尖端的为形场和约束场，结果表明，平面应力条件下复合型裂端变形是不对称的相反塑性变形，符合钝化一锐化模型。Ⅰ＋Ⅱ复合加载时裂端出现负约束的区域。随Ⅱ型分量增加，负约束区域增在最大正约束水平Ｒσｍａｘ降低。