界面因素对机械结合面超声传播的影响

发布时间：2022-01-15 04:53

　　利用超声脉冲回波法可以测量机械结合面间的压力分布,但是其测量精度受界面接触条件的影响,如压力加载历史、表面粗糙度、接触介质等。根据超声在接触界面的传播机制,分析得到接触界面回波能量系数与界面接触压力之间的关系模型;搭建室内超声检测系统,加工不同粗糙度的接触表面,准备不同的润滑介质,对不同接触条件的试件进行压力加载试验,得到结合面回波能量系数随压力变化的曲线。结果表明:首次加载过程所得曲线明显区别于后几次加载,随循环次数的增加,所得曲线逐渐趋于重合;相同接触压力下,接触表面粗糙度越大,回波能量系数越大;相同接触压力下,接触介质的物质属性不同以及与不同粗糙度的表面相互作用时,回波能量系数有所不同。研究表明,载荷加载历史、接触表面形貌及接触介质都是影响超声在接触界面传播的主要因素,研究结果对结合面接触应力分布的准确测量具有参考价值。 

【文章来源】：润滑与密封. 2020,45(12)北大核心CSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

超声波在结合面的传播

设超声频率为5 MHz,接触材料为不锈钢,接触介质分别为空气、液压油,则超声波在间隙中的反射系数如图2所示。可以看出,空气间隙厚度大于0.2 nm时,超声反射系数接近于1,因此,可以认为超声在空气间隙处全反射,反射回波能量与真实接触面积有关;而当间隙中为油时,在0～30 μm范围内超声反射系数变化较大,逐渐接近于1,可见存在润滑介质时,接触界面反射系数不仅取决于真实接触面积,还与介质阻抗及间隙厚度有关。设两接触材料相同,接触材料的声阻抗为Z1时,当超声波波长λ远大于间隙厚度d时,接触层可以看作是一个整体的反射体,超声在接触界面的声强反射系数可以表示为

文中搭建了结合面接触压力超声测量装置,如图3所示。结合面由上试样、下试样形成,结合面为直径20 mm的圆形平面,距上表面15 mm;下试样下端安装有压力传感器和液压千斤顶,压力传感器连接压力显示器,以压力显示器示数代表结合面法向接触力,进一步计算结合面名义平均接触压力。设置上下压板由4组高强度螺栓固定,载荷施加过程中,结合面产生的接触压力由4组螺栓承担;试验采用中心频率5 MHz、焦距15 mm的双晶探头,由脉冲发射/接收装置产生脉冲信号,经双晶探头发射并接收结合面反射信号,再通过数字示波器显示和记录波形,室内结合面接触压力超声测量系统如图4所示。图4 结合面接触压力超声测量系统

【参考文献】：
期刊论文
[1]圆柱滚子轴承弹流接触副刚度及阻尼系数研究[J]. 张玉言,蒋玲,马晨波.  润滑与密封. 2020(12)
[2]混合润滑状态下粗糙界面法向接触刚度计算模型与特性研究[J]. 肖会芳,孙韵韵,徐金梧,邵毅敏.  振动与冲击. 2018(24)
[3]粗糙表面接触模型的研究进展[J]. 魏龙,顾伯勤,冯飞,冯秀,孙见君.  润滑与密封. 2009(07)



本文编号：3589939