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。     

粘着与速度对滑动摩擦变形影响的研究

研究了在不同剪切强度和滑动速度参数下,两粗糙面间滑动过程中对等效塑性应变、y向和x向变形的影响。随着界面剪切强度增加,等效塑性应变的分布由良好对称转变成沿接触界面与滑动反方向扩大。在滑动中,界面剪切强度和滑动速度都影响y向和x向变形。随着滑动速度的减小,粗糙表面的变形越大黏着效应越明显。     

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。     

二维粗糙面间滑动摩擦过程中平稳性研究

基于现有的分形模型,考虑到黏着现象的普遍性,通过在界面引入黏着剪切强度并考虑材料断裂,建立了考虑黏着、弹塑性变形影响的二维分形金属粗糙面间的滑动摩擦模型,并运用有限元软件进行数值求解.通过设置不同界面剪切强度及滑动速度参数,研究了两粗糙面间滑动过程中的平稳性.对建立的二维双粗糙弹塑性分形模型的实例进行分析,结果表明:当界面剪切强度较小时,法向速度波动幅值增大;当界面剪切强度增大到一定值后,法向速度波动幅值迅速的减小,使滑动较为平稳.滑动速度对平稳性的影响较大,滑动速度越大,滑动过程中振动越剧烈.     

二维粗糙表面滑动摩擦的研究

能源接近一半消耗在摩擦上,摩擦引起的磨损为主要的机械零件失效方式,通过对摩擦和磨损机理的研究能有效地延长机械零部件的使用寿命。通过对建立的二维双粗糙弹塑性分形模型的实例分析,分析界面剪切强度和法向载荷对磨损率和平均摩擦系数的影响。界面剪切强度增加,磨损率增加较快。随着界面剪切强度的增加平均摩擦系数增加;当界面剪切强度较小时,随着法向载荷的增加平均摩擦系数增加,当界面剪切强度较大时,随着法向载荷的增大,平均摩擦系数先减小后又逐渐增大。     

表面改性碳纤维对聚酰亚胺复合材料摩擦学行为的影响

采用硝酸氧化法和涂层复合改性法分别对碳纤维(CF)进行表面改性,并制备CF改性聚酰亚胺(PI)复合材料。考察材料在不同滑动速度和载荷下的摩擦磨损行为,利用扫描电子显微镜观察磨损表面形貌。结果表明:CF与PI基体的界面结合强度对PI复合材料在不同滑动速度下的摩擦磨损性能影响较大,涂层复合处理法比硝酸处理法能更有效提高CF与基体的界面结合强度,提高复合材料在高滑动速度下的摩擦磨损性能。CF的强度是影响复合材料在不同载荷下摩擦磨损性能的主要因素,CF经过表面处理后强度出现不同程度的下降,导致在高载荷条件下复合材料的摩擦磨损性能下较未处理的CF/PI复合材料相比有所下降。     

双粗糙接触模型的表面温度在滑动摩擦过程中变化分析

建立三维双粗糙体分形表面的热力耦合接触模型,在固定滑动速度工况下综合考虑了钛合金材料的磨损失效、界面粘着及接触过程中的热力耦合,动态探讨了粗糙体在滑动过程中接触表面的温度变化情况。运用有限元方法对滑动过程的温度场进行模拟仿真并得出:滑动摩擦初始时刻摩擦表面接触温度急剧上升,随着滑动距离的增加,最高接触温度处于波动状态;界面剪切强度越大,最高温度越高。通过研究接触表面的温度场分布情况,以探索滑动过程钛合金材料摩擦磨损的真正起因。将结果与相关文献实验进行比较,得出了模拟仿真的合理性。     

一种点接触粗糙表面摩擦行为的预估方法研究

针对润滑状态下连接界面的接触问题,对流体动力油膜和粗糙表面的摩擦特性进行了研究,提出了一种点接触粗糙表面摩擦行为的预估方法。首先,基于载荷分配思想建立了粗糙表面摩擦模型,利用Hertz理论中的最大接触压力分别确定了微凸体高度分布服从高斯分布、指数分布以及三角分布时粗糙表面的接触载荷;然后,通过弹性流体动力润滑膜厚公式求解了流体动力油膜承担的载荷;最后,绘制了滑动速度-摩擦系数曲线,模拟了整个润滑过程中连接界面摩擦系数的变化。研究结果表明:仿真结果与试验数据具有一致性,且不同法向载荷、粗糙表面形貌、润滑剂粘度以及假设的微凸体高度分布对摩擦系数的影响程度不同;微凸体假设为高斯分布时,仿真结果更接近试验数据;该方法可以为机械结构的润滑状态预测提供理论基础。     

法向载荷和滑动速度对纳米摩擦的影响

由于尺度效应,纳米尺度摩擦机制与宏观尺度有很大差别。在原子力显微镜实验基础之上,探讨纳米尺度干摩擦中微摩擦力与法向载荷以及滑动速度之间的关系。当法向载荷较小时,摩擦力与法向载荷之间并非线性关系,而近似与法向载荷的2/3次方成正比。当滑动速度小于摩擦系统临界滑动速度时,摩擦力随速度的对数增长而增长,而当速度超过临界滑动速度时,摩擦力几乎不受滑动速度变化的影响。     

不同载荷下采煤机行走机构动态特性研究

以采煤机牵引部为研究对象,建立了行走机构三维数字化模型。为研究行走机构在不同牵引载荷下的动力学特性,采用impact函数法借助基于穿透深度的非线性弹簧-阻尼模型建立了基于赫兹理论的齿销啮合碰撞仿真模型。提取了标准工况下接触力剧烈波动状态曲线,并分析了其产生的原因及影响因素。通过对比分析发现了不同工况下平均接触力增幅、峰值接触力增幅及出现时间、波动维持周期、速度及加速度状况的不同。研究发现:接触力激增速率明显高于衰减速率;峰值接触力增幅低于冲击载荷增幅,平均接触力增幅大于过载增幅;短时过载50%对接触力峰值影响更大,同等程度瞬间冲击负载对接触力波动的影响持续时间更长。     

计及弹塑性及硬度随表面深度变化的结合部单次加载模型

基于分形几何学理论和传统统计接触力学理论的无缝连接,考虑微凸体由弹性变形向弹塑性变形以致最终向塑性流动转化的过程,架构结合部单次加载模型。在此基础上,应用带一个随机相位的Weierstrass-Mandelbrot函数构建粗糙表面的微观几何学形貌。数值仿真曲线图显示,法向总接触载荷随着实际接触面积的增加而微凸弧式增加,在相同实际接触面积下,法向总接触载荷随着分形粗糙度的加大而变大;实际弹塑性接触面积占实际接触面积的百分率随着实际接触面积的增加而凹弧式减小;法向弹塑性接触载荷占法向总接触载荷的比例随着实际接触面积的增加而凹弧式减小,随着分形粗糙度的减小而变小;法向总接触载荷随着分形维数的加大经历首先增加然后减小,随后再增加最后再减小的2次循环过程;随着分形维数的增加,法向弹塑性接触载荷占法向总接触载荷的百分比先减小后增加;实际弹塑性接触面积占实际接触面积的比值随着分形维数的变大先减小后增加;忽略弹塑性变形的CEB模型会导致预测的法向接触力大于弹塑性模型,CEB模型法向接触力与弹塑性模型的相对误差为4.798%~56.58%。结合部单次加载模型可为粗糙表面弹塑性接触的精确求解提供一定的理论基础。     

冰面上橡胶滑动摩擦特性的数值分析

基于摩擦熔化理论,考虑流体动力润滑和热传导的耦合作用,采用打靶法和线性插值法获得了冰面上滑动橡胶块摩擦界面上的压力、流体膜厚及温度的无量纲分布规律,研究了胶块的摩擦特性。结果表明,摩擦界面上的压力峰值随载荷的减小向界面中部移动,摩擦因数与滑动速度的平方根成正比,而与载荷和试样长度的平方根成反比。所用方法可应用于其它材料在冰面上的摩擦及其它情况下的摩擦熔化问题。     

热超声金丝键合工艺及其可靠性研究

采用单一变量法,研究了超声功率、超声时间和焊接压力对金丝球焊时金丝引线结合性能的影响,以及键合引线在不同测试温度和不同老化时间下的结合性能,并通过对键合界面的研究分析了影响界面可靠性的原因。研究结果表明,相比于超声功率和超声时间,焊接压力对金丝引线结合性能的影响最大,随着焊接压力的增大,金丝球焊第一焊点的剪切断裂载荷以及金丝引线的拉伸断裂载荷均增加;随着测试时基板加热温度的升高,金丝球焊第一焊点的剪切断裂载荷以及金丝引线的拉伸断裂载荷均逐渐降低。150℃老化试验结果表明,随着老化时间延长,金丝球焊第一焊点的剪切断裂载荷以及金丝引线的拉伸断裂载荷均呈现先增大后减小的规律。     

AS41镁合金在不同温度的摩擦学行为

研究了AS41镁合金在不同温度时的力学和摩擦学性能及摩擦学机理。研究结果表明:随着试验温度升高,AS41镁合金的抗拉强度和屈服强度降低、延伸率增大;当温度超过150℃时,抗拉强度和屈服强度显著下降。随着载荷增大,不同试验温度的摩擦因数均呈减小趋势,而磨损率则呈增大趋势;随着滑动速度增大,不同试验温度的摩擦因数变化不大,而磨损率则呈增大趋势。在不同载荷和滑动速度下,均呈现试验温度越高,摩擦因数越小,磨损率越大的现象;在试验温度较高时,导致磨损机制由轻微磨损向严重磨损转换的载荷减小。在载荷为50N时,不同温度AS41镁合金的磨损机理分别是:室温时主要为氧化磨损和磨粒磨损,150℃时为剥层磨损和黏着磨损,而200℃时主要为材料塑性变形引起的熔融磨损。     

粗糙接触界面超声干耦合特性研究

为提高粗糙接触界面的声耦合性能,对超声波与粗糙界面间的相互作用进行研究。通过界面分形模型的建立,得到含分形参数的接触刚度表达式,并结合界面声学模型分析不同耦合条件下声反射系数的变化;搭建超声干耦合实验平台,通过实验测得粗糙铝板表面轮廓,利用结构函数法对分形维数进行测定,并对不同分形维数的粗糙铝板进行受压条件下的反射系数测量。结果表明:对粗糙接触界面施加一定载荷有利于超声波在界面处的传播,且分形维数较大的粗糙铝板达到良好声耦合效果所需的载荷更小,更便于超声干耦合检测的实施。     

混合润滑下粗糙表面的接触刚度研究*

针对润滑状态下结合面的接触刚度问题,建立一种混合润滑状态下粗糙表面接触刚度等效薄层模型,将接触界面的总刚度等效为固体接触刚度和润滑剂接触刚度之和,研究不同实际接触面积下的表面形貌和润滑剂类型对法向接触刚度的影响,并讨论固体刚度和润滑剂刚度占总法向刚度的比例。结果表明：粗糙界面的法向接触刚度随法向载荷的增加而增加,且混合润滑状态下的接触刚度大于干接触条件下的接触刚度;在初始接触时,法向接触刚度敏感地依赖于润滑性能;随着实际接触面积的增大,表面形貌对接触刚度的影响变得更加明显。     

Inconel718与硬质合金摩擦磨损特性的实验研究

利用UMT-2多功能摩擦磨损试验机对镍基合金Inconel 718与硬质合金刀具对偶时的摩擦磨损特性进行研究,揭示法向载荷和滑动速度对摩擦副摩擦因数的影响,通过SEM观察试样摩擦形貌并分析磨损机制.研究结果表明:摩擦副的摩擦因数随着法向载荷的增大而减小,随滑动速度的增大而增大;Inconel 718镍基合金与硬质合金对偶时的磨损机制主要为黏着磨损、磨粒磨损和氧化磨损.     

硬岩掘进装备支撑系统界面接触刚度非线性特性

隧道岩石表面形貌和岩石力学特性对撑靴接触界面刚度特性关系密切。根据隧道岩石形貌特点,采用分形数学模型分析不同分形参数与表面粗糙度之间的关系,通过投影方法建立三维隧道岩石粗糙表面数值分析模型。考虑岩石隧道表面粗糙度,岩石力学特性、撑靴数量以及复合岩层等工况,分析不同参数下撑靴载荷与法向接触刚度之间的关系。结果表明：掘进装备的支撑系统界面法向接触刚度随着法向力、分形维数、弹性模量的增大而增大,随着特征尺度系数的增大而减小;撑靴数量的增加会带来界面法向刚度增加。在相同载荷下,双撑靴的接触刚度接近单撑靴接触刚度的两倍;岩石成分比例相同时,其法向刚度最小;当岩石成分比例不同时,较小弹性模量岩石成分越高,其法向刚度越大;岩石成分比例不同的情况下,其法向刚度相差不大。     

粗糙界面法向接触理论模型与实验结果对比研究

目前粗糙界面接触问题的理论模型和实验研究基本是相互独立的,为此将典型粗糙面的法向接触理论模型与接触力学实验结果进行了系统的对比研究。理论模型考虑了经典的GW模型、CEB模型和ZMC模型及基于非线性有限元的KE模型和JG模型。实验方法考虑了准静态实验、接触共振实验和超声测量实验。结果表明:法向接触过程中,随载荷的增大,界面微凸体塑性变形贡献增大,考虑微凸体塑性变形的模型预测值与实验结果差别较小;相同法向载荷时,随着塑性指数增大,不同模型预测的位移差别增大;同时存在某一塑性指数区间,该区间内理论模型与实验误差最小;超声测量结果准确性依赖于所选择的接触刚度反演模型,改进的反演模型可缩小与理论模型的误差。     

刮板输送机中部槽磨损的研究

针对刮板输送机中部槽磨损严重的问题,分析了中部槽的磨损机理,给出了中部槽磨损量随载荷及滑动速度的变化规律,并进一步研究了利用ABAQUS数值模拟软件对粗糙表面的接触压力,并给出了接触应力随时间的变化趋势,旨在提升中部槽的强度及刮板输送机的使用寿命。