粗糙表面在滑动过程中的摩擦生热研究

为研究粗糙表面在滑动摩擦过程中的热动力学问题,基于G –W（Greenwood –Williamson）模型,建立了一个
含球形微凸体粗糙表面与理想平面的滑动接触模型。使用有限元法对该模型的滑动摩擦过程进行了热机耦合计算,
并研究了相对滑动速度、初始压入量和摩擦因数对粗糙体温升、等效应力和接触应力的影响。结果表明,粗糙体表面
温度变化历程可分为急剧增长和缓慢增长两个阶段;微凸体上出现局部高温区,且其高应力区偏向滑移方向一侧;相
对运动速度越高,温度历程第一个阶段对应的位移量就越大;不同初始压入量下,温度历程第一阶段的持续时间基本
为0.05 ms;粗糙体的最大等效应力和接触应力均随着压入量和摩擦因数的增大而增大。     

含磨屑粗糙表面接触滑动摩擦副温度场的计算

接触温度是评价摩擦副工作性能好坏的一个重要因素 ,长期以来 ,人们对粗糙表面、特别是含磨屑粗糙表面接触温度场求解缺乏深入研究。本文介绍了粗糙表面及含磨屑粗糙表面线接触滑动摩擦副接触温度场的求解过程及方法 ,分析了光滑表面、粗糙表面及含磨屑粗糙表面接触温度场分布 ,探讨了表面接触温度对滑动摩擦副胶合及咬死的影响。结果表明 :粗糙表面温度场较光滑接触表面温度场有明显的提高 ,在粗糙度影响系数为 0 .1、0 .5时 ,接触区温度分别增加 14 %和 10 3% ;磨屑着床后 ,接触区局部温度将进一步升高。对于4 5#钢滑动副 ,考虑局部表面膜破裂后 ,磨屑着床点温度可以达到滑动副材料的熔焊温度。     

基于G-W理论的轮轨三维粗糙表面摩擦生热

为了研究粗糙表面形貌特征对轮轨摩擦副滑动过程中产生的热、温度场和应力场的分布规律及其相互影响,基于G-W模型,将轮轨摩擦副简化为一不同形貌的微凸体粗糙表面与一理想平面,并结合有限元法计算分析,结果表明:微凸体之间的相互作用对摩擦生热有影响,随着球冠状微凸体堆叠度的增大,热区分布面积增加,热源减小;微凸体的数量和排布规律对摩擦生热有影响,微凸体X向排布时,摩擦温升随微凸体数量的增加而减小,微凸体Z向排布时,摩擦温升随微凸体数量增加而增大,热区分布向滑动方向后方集中;不同形貌微凸体对对摩擦温升结果也会产生影响,球冠状微凸体粗糙表面摩擦温升总体高于长方体状微凸体摩擦温升。从微观层面探究粗糙表面形貌特征对轮轨摩擦副热源、热区分布、温度场和应力场分布等的影响,为进一步研究轮轨相互作用,保障列车安全运行提供理论依据。     

一种考虑侧接触切向滑动的微凸体弹塑性变形传热模型

为了准确预测热成形中的界面传热特性,提出了一种考虑侧接触切向滑动的微凸体弹塑性变形传热模型.利用材料在塑性变形时的体积守恒原理,对单对侧接触微凸体在切向滑动时的传热模型进行分析,基于微凸体弹塑性变形理论,分析了粗糙表面上单对球形微凸体在侧接触切向滑动时的变形模式与接触压力的关系,推导出单对球形微凸体在弹塑性变形时的传热模型,并将推导模型与有限元法(FEM)的模拟结果进行比较,以验证其准确性.结果表明,所提出的模型在完全塑性接触条件下对接触压力的预测结果与FEM分析的结果接近.随着接触压力增大,侧接触微凸体的传热系数增大;随着滑动位移增大,产生的摩擦热增加,侧接触微凸体的传热系数增大.     

微凸体对直齿轮接触特性及疲劳寿命影响分析

齿轮在加载循环过程中,粗糙表面微凸体接触会在齿轮次表面形成应力集中,形成初始疲劳裂纹,降低齿轮使用寿命.为了进一步研究直齿轮表面微凸体曲率半径、高度对表面弹塑性接触特性的影响规律,利用Hertz接触理论和粗糙表面形貌的Greenwood-Williamson理论,建立了粗糙齿面单微凸体法向正接触模型、粗糙齿面弹塑性接触模型和不同粗糙度的粗糙界面接触有限元模型,并验证了模型的正确性.通过模型结果与有限元结果分析得,增大微凸体曲率半径会使接触应力有所降低,微凸体越高所受接触应力越大,且微凸体高度对接触应力的影响大于微凸体曲率半径造成影响.根据模型所得结果利用基于多轴疲劳机理的Smith-Watson-Topper方法预测了不同粗糙表面疲劳裂纹萌生所需的加载循环次数.研究结果进一步丰富了对粗糙表面接触疲劳机理的研究.     

纹理表面滑动接触多尺度分析

采用分子动力学与有限元耦合的多尺度方法,求解二维刚性圆柱表面压头与弹性纹理表面的纳观黏着滑动接触问题。对表面纹理凸峰高度、凸峰间距、凸峰形状、压头下压深度以及压头半径等对滑动接触性能的影响进行了全面研究。通过不同条件下滑动摩擦力的比较,揭示了上述各参数对黏着滑动接触的影响规律。凸峰高度越高,滑动摩擦力越小且越稳定;凸峰间距越大,滑动摩擦力越小;表面纹理在不发生破坏的前提下可以有效降低摩擦力;压头下压深度越小,滑动摩擦力越小;相同作用条件下,滑动摩擦力随压头半径的增大而增大。     

含磨屑粗糙表面接触滑动摩擦副温度场的计算

接触温度是评价摩擦副工作性能好坏的一个重要因素,对粗糙表面、特别是含磨屑粗糙表面接触温度场求解尚缺乏深入研究。介绍了粗糙表面及含磨屑粗糙表面线接触滑动摩擦副接触温度场的求解过程及方法,分析了光滑表面、粗糙表面及含磨屑粗糙表面接触温度场分布,探讨了表面接触温度对滑动摩擦副胶合及咬死的影响。结果表明：粗糙表面温度场较光滑接触表面温度场有明显的提高,在粗糙度影响系数的０．１、０．５时,接触区温度分别增加     

自仿射接触点及其在分形接触理论中的应用

为了深入研究分形方法在接触理论中的应用,利用数值模拟实验研究了分形粗糙表面的接触机理,并提出了自仿射接触点的概念。该概念充分利用分形函数自仿射的优点,改善了传统分形接触理论中微凸体不满足分形特性的缺陷,去除了接触理论中微凸体相互作用无法考虑等假设。将自仿射概念应用于分形接触理论中,建立了新的接触模型。模型基于粗糙表面均为各向同性的无润滑表面且可以利用W-M函数模拟的假设,利用接触中接触点最大变形量与接触面积的关系,对分形接触模型进行修正,得到更符合实际情况的分形接触理论。与经典的统计及分形接触模型进行对比,结果表明:G-W模型是一个弹性模型,较少考虑塑性接触,因此G-W模型在整体上会低估粗糙表面的接触压力;M-B模型利用单个余弦函数模拟微凸体,得到的最大接触变形量偏小,且微凸体尺寸分布函数的使用也不准确,M-B模型高估了接触压力;提出的基于自仿射接触点的分形接触模型利用自仿射接触点代替微凸体进行理论推导,能更准确地计算出接触压力;在相同的接触面积下,粗糙表面分形维数越大或分形特征尺度越小,接触压力越小。     

基于分形理论的多片盘式湿式制动器摩擦模型

为了提高和改善多片盘式湿式制动器在工作时的性能,针对制动器在制动过程中的摩擦特性,分析摩擦副间微凸体的实际和名义接触面积、分形维数、轮廓幅值尺度因数对黏着摩擦系数和摩擦力的影响规律,计算摩擦副接触面微凸体间的分子切向力和其弹-塑性区域的法向载荷,确定弹性与塑性接触区域的临界接触斑点面积,提出基于分形理论的多片盘式湿式制动器摩擦模型.通过研究得到:考虑微凸体间微粒相互作用时摩擦系数和摩擦力的μA~A*t和F~A*t曲线;基于分形理论的摩擦模型用分形维数对摩擦副间微凸体的无标度性进行了定义,得到的摩擦力理论曲线与试验基本相符.     

微造型面积占有率对滑动轴承摩擦性能的影响

利用激光打标系统配合标准旋转工作台在滑动轴承轴颈圆周表面制备了微造型,研究了表面微造型面积占有率对滑动轴承摩擦磨损性能的影响,并探讨IS025178表面形貌三维表征参数与摩擦系数之间的相关性。结果表明:随着表面微造型面积占有率的增大,摩擦副接触表面的摩擦系数、温升及磨损量均先减小后增大,在表面微造型面积占有率为10%时均为最小值。随表面偏态和表面峰态增加,不同表面微造型面积占有率摩擦副接触表面的摩擦系数分别逐渐增大和减小;随表面谷处平均空体体积和表面中心处平均空体体积增加,不同表面微造型面积占有率摩擦副接触表面的摩擦系数先减小后增大。