面接触应力分布与磨损分析

接触应力分布对工作表面破坏情况有着重要的影响。为分析磨损表面破坏情况,文中利用有限元法分析了三维滑块摩擦模型的面接触应力从静态到滑动的演化过程,并对平面应力的光弹实验进行比较研究。仿真得到了主应力差分布、表面接触压力分布和摩擦应力分布,分析结果表明:随着接触状态的改变,接触应力从集中在滑块边缘周围变成集中在运动方向前缘;载荷及摩擦系数对接触应力的影响较显著。平面应力场的光弹实验结果表明,接触应力集中在运动前方,与仿真结果一致。表面磨损实验结果表明:开始接触磨损时,滑块前缘出现最大损伤,对应的接触应力最大;随着磨损距离的增加,接触表面损伤由运动前方向后扩展,最后覆盖整个接触面;接触面所受的载荷越大,磨损程度越高。     

滑动电接触表面微观形貌影响因素分析

为研究滑动电接触中粗糙度参数和粗糙面磨损均匀程度与摩擦副表面粗糙度的关系,在不同条件下开展载流实验,分析接触电流、接触压力、滑动速度和运行时间对摩擦副表面粗糙度的影响.研究结果表明:在相同条件下,运行时间越长、滑动速度越大,接触面粗糙度值越大,磨损越不均匀;接触压力越大,接触面粗糙度值越小,磨损越不均匀;随着接触电流的增加,接触面的粗糙度值呈现先减小后略微增加的变化趋势,磨损越来越均匀.     

基于Morris法滑动磨损与接触疲劳耦合损伤寿命分析

针对线接触滑动磨损与接触疲劳耦合损伤荷载摩擦副系统，结合改进Archard磨损模型、临界平面法和虚拟裂纹扩展法，建立了一种滑动磨损与接触疲劳耦合损伤分析模型.基于Morris灵敏度分析方法，提出了耦合损伤接触疲劳灵敏度贡献比，建立了一种基于灵敏度贡献比滑动磨损与接触疲劳耦合损伤寿命预测方法.结果表明：耦合损伤寿命明显小于单一损伤寿命；接触压力、接触宽度和曲率半径对耦合灵敏度具有显著影响，接触疲劳损伤贡献比与显著影响参数基本呈线性关系；耦合损伤寿命预测结果与计算结果基本一致，验证了耦合寿命预测模型的可用性.     

弓网系统滑板磨损特性分析与剩余寿命预测

为保证列车的安全稳定运行,提高其可靠性,研究滑板的磨损特性并进行剩余寿命预测.利用滑动电接触实验机,以铜接触网导线和碳滑板为研究对象,开展不同条件下的载流摩擦实验.通过分析滑板形貌、热成像温度、电弧等实验,研究不同接触压力波动幅度下受电弓滑板的磨损特性;在稳定磨损阶段,建立基于可靠度的滑板寿命预测模型和寿命概率分布模型...     

典型材料载流摩擦行为

用多种典型载流摩擦材料在自制载流摩擦试验机上系统研究了材料、载荷、相对滑动速度和电流对摩擦/载流行为的影响,探讨了载流摩擦过程中的表面行为。研究结果表明:摩擦磨损行为和电接触行为相互耦合,具有非常复杂的关系;接触压力、电流和相对滑动速度的变化显著影响载流/摩擦磨损行为,高相对滑动速度和大电流使摩擦磨损特性和载流特性明显下降;电弧侵蚀明显加大材料损伤;电弧对载流摩擦行为作用的途径包括氧化、熔融和最终的接触表面粗糙化。     

蜗杆传动磨损的理论分析

提出一种分析蜗杆传动齿面磨损量的计算模型,用Archard磨损公式,推导出齿面磨损深度的计算公式.以阿基米德蜗杆副为例,利用空间啮合原理求解出其齿面接触线和相对滑动速度.并在计算过程中引入啮合循环和时间步骤的概念,研究了该种传动副齿面磨损的分布规律,分析了齿面磨损深度的影响因素和一般规律.     

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.     

柔性接触压力下接触网导线的温度场仿真

为减小弓网系统温度分布对摩擦副电接触性能的影响,利用COMSOL Multiphysic软件建立了弓网系统温度场仿真模型,通过温升实验验证了模型的有效性.对柔性接触压力下接触网导线的热时间常数和稳态温升进行了仿真计算.随着滑动速度的增加,热时间常数逐渐减小,稳态温升呈现先减小后增加的变化趋势.随着接触电流的增加,热时间常数保持不变,稳态温升变化较小.相比于刚性接触压力,当滑动速度和接触电流恒定时,柔性接触压力下的热时间常数更小、稳态温升更低.     

压气机盘片榫连结构接触特性分析

以某压气机燕尾形榫连盘片结构为研究对象,压气机盘片模型共有38个叶片,基于ANSYS有限元软件,选取整盘的1/38进行有限元建模.并考虑了旋转导致的离心力的作用,分析了榫头-榫槽之间的摩擦系数、榫头的安装角和接触面积对接触压力、接触滑移距离的影响.在计算时拉格朗日乘子算法被应用于榫头-榫槽之间的接触计算.研究结果表明:最大接触压力及最大滑移距离随着摩擦系数的增加而逐渐减小;最大接触压力随着榫头安装角的增大而增大,而最大滑移距离没有发生明显的变化;最大接触压力及最大滑移距离随着接触面积的增加而逐渐减小.     

滑动电接触表面粗糙度与接触电阻特性

为获得弓网摩擦副滑动电接触电阻与摩擦副表面材料粗糙度的关系,研究摩擦副表面粗糙度特性对接触电阻的影响,开展载流摩擦实验.从微观方面探究了接触电阻的变化规律,获得了接触压力、滑动速度、接触电流等不同实验条件对粗糙度和接触电阻的影响.研究结果表明:接触压力、接触电流越大,滑动时间越长,接触面粗糙度值越小,接触电阻越小;滑动速度越大,接触面粗糙度值越大,接触电阻越大.     

基于有限元分析和Archard模型的风电机组轴承磨损特性研究

磨损是影响风电轴承寿命性能的因素之一,已有的磨损研究不仅模型计算量大,且很少涉及磨损及其影响因素在轴承接触和磨损演变方面的分析。因此,本文基于Archard磨损模型,利用有限元开展了风电轴承在风机实际运行工况下接触与磨损行为的仿真模拟;在0.515～0.550沟曲率半径系数范围内,研究了轴承接触和磨损特性的演变过程。结果表明：轴承接触特性模拟与赫兹理论计算结果有较高的吻合度,局部有限元模型具有良好的准确度;沟曲率半径系数增大时,轴承吻合度降低,滚道与滚动体接触轮廓变小,从而导致总体接触面积变小和接触压力增大,接触面积变小会使接触面的滑移速度和滑移距离减小,进一步使接触面产生较低的磨损。因此,在轴承设计中,较小的轴承吻合度能够有效降低轴承磨损,延长轴承磨损寿命,从而提高风力发电机组的整体运行寿命。研究结果可为风电轴承的设计与应用提供参考。     

表面织构对巴氏合金轴承材料摩擦学性能影响

为了改善滑动轴承混合润滑时的摩擦学性能,在锡基巴氏合金表面加工出矩形阵列和发射线阵列的圆坑织构.采用销-盘式摩擦实验机和数值模拟对织构的润滑性能及机理进行分析,研究不同滑动速度和载荷下表面织构的摩擦系数,并数值模拟了表面织构的油膜压力分布.实验结果表明:表面织构能降低混合润滑的摩擦系数.随着滑动速度的增加,表面织构的减摩性能更佳;但是随着接触压力的增加,表面织构的减摩性能降低.相对于发射线阵列织构,矩形阵列织构的摩擦系数更低并且稳定性更好.面密度为8.6%的矩形织构阵列(3#)具有较优的摩擦学特性,在滑动速度0.3m/s、载荷5.0 MPa下的摩擦系数为0.015.模拟结果表明:相对于发射线型阵列织构,矩形阵列织构的油膜压力分布能减小润滑油泄漏,从而获得较好的摩擦学特性.     

弓网回路电流间谐波特性的实验研究

为研究周期性波动载荷条件下弓网回路电流的间谐波特性,开展了大量的弓网系统受流实验,分析了静态接触压力、滑动速度、接触电流对回路电流间谐波特性的影响.接触电阻波动和离线电弧/火花是产生回路电流间谐波的主要原因.该间谐波主要分布在0~100 Hz,以特定的频率间隔、以基波50 Hz为中心左右对称分布.间谐波的频率间隔与静态接触压力、接触电流无关,随滑动速度的增加近似线性增加.间谐波幅值随静态接触压力的增加先减小后增大、随接触电流的增加而增大.对于深入研究弓网系统的受流特性具有借鉴意义.     

速度和压力对弓网电弧传导噪声影响

针对电气化列车运行过程中,接触网与受电弓之间发生离线引起的电磁干扰问题.利用一套弓网电弧电磁噪声实验系统,在不同压力、速度和电流条件下,开展了64组弓网电弧传导噪声实验.本实验系统由电波暗室、弓网电弧产生装置和弓网电弧检测系统组成,能够实现对接触电压、接触电流、接触温度和接触压力进行采集.实验结果表明,当接触电流和滑动速度一定时,随着压力的增加,电流信号中的断流率减小,直流分量上升;当接触电流和接触压力一定时,随着滑动速度的增加,断流率增加,直流分量下降.     

有限长凸形圆锥体的最佳接触轮廓

提出了两个圆锥体之间无摩擦弹性接触时接触压力计算的一种数值方法.所提出的方法既能计算两锥体接触时的实际接触压力分布,又能计算各接触点上不同的接触刚度、综合曲率半径及接触压力分布.接触变形后的倾斜角和合力作用点的位置也能计算.为了减小圆锥体端部的边缘压力集中,还给出了凸度优化设计的方法和算例.     

轨钢磨损行为的试验

在实验室条件下用圆盘试样模拟了钢轨的接触条件。研究了滑差和接触应力对珠光体轨钢磨损行为的影响。通过滚磨表面下扫描电镜观察及测试,分析了磨损过程中的磨损形式及其相互作用机理。结果表明,磨损速率随滑差而增大,滑差增至4％时,达到极限摩擦系数。磨损量与滑动摩擦功呈线性关系,与滑动距离成正比。干磨条件下,表层组织发生强烈的塑性形变,使组织沿平行于表面层状分布。粘附磨损和疲劳磨损是轨钢的主要磨损形式。     

干接触体滑动过程温度场的计算

该文建立无润滑条件下滑动接触模型,考察相对滑动过程中摩擦热的产生以及传导,并研究了工程实际中对胶合、磨损、局部塑性变形有重要影响的局部温升。利用快速Fourier变换,求解L ap lace热传导方程,获得了光滑及粗糙表面的瞬时温升,以及接触体的体内各离散点的温度,从而得到半无限体干接触的温度场。结果表明:局部接触压力和摩擦因数以及相对滑动速度是和摩擦热直接相关的3个参数,在相同载荷下的粗糙峰表面接触处的瞬时温升远高于光滑表面接触处的温升。     

基于LJ势与随机过程的纳米级粗糙表面摩擦力计算模型

基于接触界面势垒与摩擦接触面形貌的随机特性,建立了一种新的纳米级粗糙表面滑动摩擦力计算模型;利用该模型对满足严格平稳的同种摩擦副材料纳米级随机粗糙表面的摩擦力进行了数值计算.结果表明:经该模型数值计算得出的平均滑动摩擦力与法向载荷呈线性关系;法向载荷与平均接触界面间隙呈指数关系;在相同界面间隙下,平均法向力与粗糙峰高度分布标准差呈线性关系.计算结果与现有的研究结论相符,证明该模型是有效的、可行的;基于该模型,可根据接触界面的形貌分布参数、材料参数与法向载荷预测出平均滑动摩擦力.     

纳观纹理表面往复滑动接触磨损问题研究进展

纳米器件滑动接触过程中,由于黏附磨损而很快失效,很难应用于工程实际。表面纹理通过降低比表面来减小磨损,在往复滑动接触过程中,伴随着材料的迁移,接触条件不断更新,使得往复滑动接触磨损问题的研究变的更加困难。为此,对观纹理表面往复滑动接触磨损问题的试验研究和数值模拟研究进行了综述,介绍了纳观纹理表面往复滑动接触磨损问题试验研究相关成果,探讨了影响摩擦磨损性能的表面纹理参数及其他相关因素,分析了试验研究可能存在的问题。阐述了分子动力学模拟研究该问题的发展现状,介绍了多尺度方法的发展历程,并给出了多尺度方法模拟该问题的算例。最后,探讨了该问题未来可能的发展方向。     

基于弹塑性接触理论的金属表面磨损过程数值模拟

为了对金属表面磨损的过程进行计算,采用自相关函数模拟构建了磨损表面的微观形貌,应用有关弹塑性接触理论,构建了一种能够对金属表面滑动过程磨损进行数值模拟计算的方法,通过与有关文献的测试数据进行比较,证明了所构建计算模型的可信性。在此基础上,以Q235A、45~#磨损表面为研究对象,数值模拟研究了滑动磨损过程中随磨损次数的增加,磨损表面表面形貌、接触面的弹塑性区域、磨损量、表面间距、表面粗糙度等性能的变化规律,绘制了相关曲线,并对这些曲线进行了分析讨论。本文的研究为对金属表面的磨损过程进行理论计算提供了一种有益的新思路。