基于可移动元胞自动机法研究摩擦材料的摩擦性能

发布时间：2020-07-28 14:39

【摘要】：本论文通过对几种摩擦研究方法的调研,发现目前主要以实验研究为主,数值模拟也主要局限在有限元模拟方法,但实际的摩擦表面是由大量离散的磨屑颗粒组成的,对这种离散的磨屑颗粒的模拟还比较少,因此,我们采用可移动元胞自动机法的原理构建了摩擦材料的模拟程序,研究了摩擦速度、摩擦压力和铜含量对材料摩擦系数的影响和摩擦表面第三体颗粒的变化规律。(1)采用Matlab编制了可移动元胞自动机的计算程序。首先根据NewtoneEuler运动方程,给出了每个元胞的运动规律,其次确定元胞间的连接状态分别为:连接(可以抵抗拉应力,绑定)、接触(不可抵抗拉应力,未绑定)、非接触。并给出这几种连接状态的计算方法。最后考虑了元胞的本构方程,通过等效计算得到元胞的等效应力和等效应变,当元胞进入塑性状态时,采用修正算法修正元胞间的相互作用力。(2)采用Matlab编制了元胞间连接尺寸的计算程序。本文将烧结的颗粒等效成可移动元胞自动机计算的元胞,为了确定烧结颗粒间的连接面积,以金属颗粒烧结颈理论为基础,建立了预测烧结颈尺寸的计算程序,得到了烧结颈尺寸随时间的增大曲线。(3)利用可移动元胞自动机程序计算了第三体为纯铜材料和铜-石墨复合材料情况下,摩擦材料的摩擦系数的变化规律和第三体的运动演化规律,发现当第三体颗粒为纯铜材料时,随着摩擦速度的增大,名义摩擦系数的振荡越来越明显,但平均摩擦系数变化不大;随着摩擦压力的增大,平均摩擦系数的变化不大;随着铜含量的降低,材料的平均摩擦系数降低,石墨含量的增大能够起到降低摩擦系数,降低摩擦系数的振荡幅度的作用。
【学位授予单位】：大连交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O313.5
【图文】：

摩擦表面,磨屑,闸片

之相应变化。逡逑当闸片与刹车盘相互摩擦时，如果所产生的磨屑不能及时从摩擦表面脱落，则可以逡逑通过磨屑颗粒的粘附和压实形成所谓的第三体（图１．１）或转移膜。第三体对闸片摩擦逡逑性能的影响起到决定作用。只要第三体磨屑分离第一体，摩擦将由第三体的滑动行为控逡逑制，而不是由第一体的性质控制。第三体的组成和微观结构是可变的。它是由实时的磨逡逑损，粘附，分层，氧化和机械混合共同决定。对此，许多学者进行了大量的实验研究。逡逑符蓉［１５］等通过高速到低速分段制动的方法中得出，随着制动速度的降低，摩擦过程中所逡逑形成的致密的表面第三体破碎、剥落，机械啮合力增加，摩擦系数增大，摩擦表面的温逡逑１逡逑

元胞自动机,可移动,明法,体积

（ａ）邋Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ邋ｏｆ邋ｃｅｎｔｒａｌ邋ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ；逦（ｂ）邋Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ邋ｏｆ邋ｔａｎｇｅｎｔｉａｌ邋ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ；逡逑Ｆｉｇ．２．１邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｓｐａｔｉａｌ邋ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ邋ｏｆ邋ａ邋ｐａｉｒ邋ｏｆ邋ｔｈｅｍｏｖａｂｌｅ邋ｃｅｌｌｕｌａｒ逡逑ａｕｔｏｍａｔａ邋／邋ａｎｄ邋ｊ逡逑这样－？来就可以获得可靠的求解精度。以下将单个元胞的运动方程，分解成中心差分离逡逑格式，逡逑ｖ（／）邋＝邋ｖ（／－Ａ／）＂－／Ａ／￣＾／２＋邋ｆ－（／）邋＋，？？－ｇ逡逑ｃｂ｛，）邋＝邋ｃｏ邋（／－Ａ，）．ＶＡ／－／？ｇ／２＋邋秋（０邋＋邋呦逦（２＿２）逡逑’Ｗ邋Ｖ邋７Ｊ，／ＡＺ邋＋邋＾／２邋ＪＪＭ邋＋邋ＰＪ２逡逑对于局部各向同性介质，体积作用力的组成可以用相邻元胞自动机ｙ的体积压力巧表示逡逑如下邋｜４ｈ４２｜，逡逑Ｔ？邋＝－Ａｊｙ＇Ｓｖｎ，；逦（２．３）逡逑／＝！逡逑式中＆是自动机／和向动机／的相互作用面的面积；ｄ是材料参数。逡逑／上总可以明法方用；和

示意图,自动机,相互作用,拉应力

（ｂ）邋Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓ邋ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ邋ｓｙｓｔｅｍ邋Ｘ＇Ｙ１；逡逑Ｆｉｇ．２．２邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｉｎｔｅｒａｃｔｉｎｇ邋ｐａｉｒ邋ｏｆ邋ａｕｔｏｍａｔａ邋／邋ａｎｄ邋ｊ逡逑如图２．２所示，一对元胞之间的作用关系可以是三种状态：连接（可以抵抗拉应力）、逡逑接触（不可抵抗拉应力）、非接触，这三种状态的移动元胞自动机可以模拟断裂和粘接逡逑（或破裂和愈合）。逡逑２．２．１连接关系逡逑Ｃ３ｚ）逡逑图２．３邋—对自动机的重叠状态逡逑Ｆｉｇ．２．３邋Ｏｖｅｒｌａｐｐｉｎｇ邋ｏｆ邋ａ邋ｐａｉｒ邋ｏｆ邋ａｕｔｏｍａｔａ逡逑１０逡逑

【参考文献】