结合红外测温与有限元分析的平面往复滑动摩擦温度场研究

发布时间：2017-06-15 22:01

  本文关键词：结合红外测温与有限元分析的平面往复滑动摩擦温度场研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：摩擦副工作时会产生摩擦热,由摩擦热形成的温度场会对摩擦副的摩擦学行为产生诸多影响。因此,研究摩擦温度场可以为摩擦副的摩擦学性能探究、设计及应用等提供理论依据。利用温度传感器对温度场进行测量的实验方法无法获取完整的摩擦副三维温度场,而借助数值计算的方法重构摩擦温度场,其准确性又难以得到保证。为了克服单一研究方法的局限性,本文利用实验和数值模拟相结合的方法对平面往复滑动摩擦温度场展开研究。依托多功能摩擦磨损试验机进行实验,以实验获得的载荷、转速及实时摩擦系数计算出随时间和空间变化的热流密度,并作为移动热边界条件引入数值模型,计算下试样温度场。最后,利用红外热像仪和热电偶测量的温度场对重构温度场的可靠性进行验证并分析摩擦温度场。实验与数值模拟的结果表明：(1)将摩擦系数导入有限元模型重构三维温度场的方法可行；(2)由于热量的积累和传递,摩擦副温度场最终会呈现出沿远离接触区域温度逐步递减的态势；(3)材料的热物性参数、转速、载荷以及实时摩擦系数是影响摩擦温度场演变和分布的主要因素；(4)利用平均摩擦系数比较同种材料在载荷和转速乘积相等的两种工况下的稳态阶段最终温升的方法可行；(5)随着转速和载荷的变化,实验与模拟的绝对误差和平均相对误差出现规律性变化,可以为温度场修正和分析提供理论支撑。
【关键词】：平面往复滑动摩擦 温度场 红外热像仪 热流密度 有限元模型 误差
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH117.1
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-14
• 第一章 绪论14-20
• 1.1 摩擦热研究背景概述14-15
• 1.2 摩擦温度场国内外研究现状15-18
• 1.2.1 摩擦温度场的测量15-17
• 1.2.2 摩擦温度场的计算17-18
• 1.3 课题研究的目的及意义18-19
• 1.4 本文主要研究的内容19
• 1.5 本章小结19-20
• 第二章 摩擦温度场基本理论及测温技术20-30
• 2.1 摩擦热理论20-24
• 2.1.1 摩擦产热机理20
• 2.1.2 摩擦传热模型20-22
• 2.1.3 热量的传递方式22-23
• 2.1.4 温度场问题的定解条件23-24
• 2.2 温度场的有限元计算24-25
• 2.2.1 有限元法概述24-25
• 2.2.2 有限元法热分析软件25
• 2.3 摩擦温度场的测量25-29
• 2.3.1 热电偶测温原理25-26
• 2.3.2 红外热像仪测温原理及应用26-29
• 2.4 本章小结29-30
• 第三章 往复滑动摩擦生热实验30-42
• 3.1 实验的准备工作30-35
• 3.1.1 多功能摩擦磨损试验机概述30-32
• 3.1.2 标准试样32-33
• 3.1.3 试样热物性参数的测量33-35
• 3.2 系统的设计及实验的开展35-39
• 3.2.1 实验原理35-36
• 3.2.2 系统搭建36-38
• 3.2.3 实验工况38-39
• 3.2.4 实验步骤39
• 3.3 实时摩擦系数39-41
• 3.4 本章小结41-42
• 第四章 往复滑动摩擦副瞬态温度场的计算42-50
• 4.1 模型的建立和简化42-43
• 4.1.1 模型的简化42
• 4.1.2 单元的选择42
• 4.1.3 网格划分42-43
• 4.2 边界条件的计算43-46
• 4.2.1 摩擦热量分配与热流密度计算43-44
• 4.2.2 对流换热边界条件计算44-46
• 4.3 模型边界条件的加载46-47
• 4.4 摩擦温度场数值模拟47-49
• 4.4.1 APDL命令流输入工作模式概述47-48
• 4.4.2 数值计算流程48-49
• 4.5 本章小结49-50
• 第五章 数值模拟与实验结果的综合分析50-74
• 5.1 各种工况的温度分布情况50-54
• 5.2 热像仪拍摄结果分析54-56
• 5.3 同种材料不同工况对摩擦温度场分布的影响56-60
• 5.3.1 载荷对温度的影响57-58
• 5.3.2 转速对温度的影响58-60
• 5.4 摩擦系数对温度的影响60-63
• 5.5 同种工况不同材料对摩擦温度场分布的影响63-65
• 5.6 温度场的准确性验证及误差分析65-73
• 5.7 本章小结73-74
• 第六章 总结与展望74-76
• 6.1 课题总结74-75
• 6.2 课题展望75-76
• 参考文献76-79
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况79

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