栓接结合部的微动磨损动态仿真研究

发布时间：2020-08-26 07:39

【摘要】：微动磨损是两个物体之间的微米级相对运动造成的接触表面材料损伤,它会导致接触面尺寸轮廓发生改变,引起栓接结合部的松动或者疲劳裂纹的产生。微动磨损存在于各种领域,由于其位移幅度小,磨损位置较隐蔽和磨损量小的特点,容易被忽视。但关键零部件失效和损坏往往与其有关。有限元方法(FEM)是解决微动磨损演变过程的有效手段,本文研究对象为柱面/平面接触类型的栓接结合部,在ABAQUS中建立有限元模型,设置不同的加载条件,分析接触区域的接触应力和相对滑移距离,获得了区分两种滑移状态的临界函数。结合能耗模型和FORTRAN语言编写适用于本模型的UMESHMOTION子程序,实现了磨损表面节点的动态更新,建立了有限元磨损模型。在此基础上,对柱面/平面接触类型接触面间摩擦系数变化规律进行研究,将摩擦系数的变化函数与加速次数相关联,得到了以加速次数为间隔的阶梯函数,并将摩擦系数与不同循环次数的分析步相对应,修改UMESHMOTION用户子程序的相关语句,建立出考虑变摩擦系数的磨损模型,在有限元软件中实现了考虑变摩擦系数的微动磨损仿真。通过对不同情况下磨损深度和磨损体积的仿真分析,研究了循环次数、法向载荷和位移幅值对微动磨损的影响。对两种磨损模型仿真结果进行对比,研究定摩擦系数和变摩擦系数对微动磨损的影响规律。
【学位授予单位】：西安建筑科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TH117.1
【图文】：

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图 1.1 四种基本微动运行方式目前国内外的研究主要集中在切向式微动上，对于后三种微动运行方式的研究相对较少。然而工程实际中的微动问题，栓接结合部的微动通常不是简单的一种运行方式，而是两种甚至多种微动运行方式同时存在的微动，也就是复合式微动，现阶段对于复合式微动的相关研究更为稀少，本文研究切向微动时栓接结合部的磨损问题，属于第一种微动运行方式。1.2 微动对栓接结合部的影响微动摩擦学作为摩擦学的一个分支，广泛地存在于近似紧固配合的零部件中，特别是机械装备制造业中。例如机械领域中广泛存在的栓接结合部，名义上是固定不动的，但机器运行时的连接界面上存在着位移幅值在微米量级的周期性振动，这种周期性微小振幅的振动即是微动。栓接结合部微动的振动幅度很小，只是微

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硕士学位论文微动损伤的研究工作主要集中在接触特性分析、磨损机理研究及表面防护等方面。其研究过程涉及表面处理、材料特性分析、机械加工、润滑等多个方面。微动损伤的产生有三个必要的条件，首先两个物体必须相互接触，只有在接触的表面间才可能出现微动损伤现象。其次，两接触表面间必须存在位移幅值为微米量级的相对滑动。最后，接触面间还需要承受一定振动工况。微动损伤主要表现为表面粘着、磨损、腐蚀，同时还伴随着微动裂纹的萌生，会使材料疲劳强度降低，且裂纹会向内扩展，形成疲劳断裂源。如图 1.2，根据微动运行条件和环境的不同，切向微动损伤一般可以分为微动磨损、微动疲劳、微动腐蚀三种模式：

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接触面的磨损就会相应地增加。利用三体理论可以说明金属材料微动摩擦系数随循环次数的变化过程（见图1.3[2]），即：① 接触表面的氧化膜被磨掉，则摩擦表面的摩擦系数就会降低；② 第一体和第二体之间相互作用增强，摩擦接触面就会发生粘着，摩擦表面的摩擦系数会相应增大，金属材料组织结构变化（如加工硬化等）发生相

【参考文献】