论文部分内容阅读
长期以来,针对摩擦学系统的研究主要集中在通过大量试验来获得系统特性及机械零部件的磨损情况。但是由于摩擦学系统的复杂性,很难获得准确的定量性的磨损定律,并应用到机械的摩擦学设计、磨损状态的监测和预测上。摩擦学仿真能在一定程度上解决这一问题,近年来也获得了较快的发展。本文就是基于边界摩擦磨损理论和缸套-活塞环试验,开展了边界磨损问题的仿真研究。 数值仿真技术用于摩擦学系统研究就是通过分析和研究已经建立或尚未建立的摩擦学系统,建立该系统的仿真模型,然后利用计算机不断地对该模型进行试验的过程,其中仿真模型是关键。本文以经典的粘着磨损模型和疲劳摩擦学的知识为基础,结合边界磨损的特点,建立了边界润滑磨损的计算模型。边界磨损模型必须用一定量的试验来确定参数并验证,因而根据需要设计了缸套一活塞环在边界润滑状态下的磨损试验,通过试验结果确定和验证了模型的正确性。最后将现代数学方法中的有限元法和离散化方法应用于应力分析和磨损计算,实现边界磨损的计算机仿真。 边界润滑状态下的缸套-活塞环试验结果分析表明,边界磨损量随载荷和往复摩擦运动速度的变化规律符合理论推导的数学模型。对磨损后的缸套、活塞环表面进行显微分析可知,边界润滑状态下的缸套-活塞环的磨损以粘着磨损为主;较软的缸套材料还会在犁沟效应作用下产生磨损;较硬的活塞环与较软的缸套配副时还受到二体磨料磨损的作用;表面氧化膜和硬化相的形成对磨损会有一定的抑制作用。 在理论分析和试验验证的基础上,采用有限元分析工具ANSYS和编程工具Visual Basic开发了基于缸套-活塞环边界摩擦磨损试验的仿真软件。该软件包含接触应力仿真模块、磨损量仿真模块、磨损表面形貌和磨粒形貌仿真模块及试验数据管理模块四个部分。能够实现试验数据的录入、摩擦副表面的接触应力的有限元分析、边界磨损中磨损量的仿真,并能够参考图象库中的磨粒表面和磨损表面特征图象及特征描述,进行磨损表面分析和预测。