端面扭動(dòng)摩擦界面行為研究.pdf

1、本文基于彈性半無(wú)限空間理論,建立剛性平?jīng)_頭作用在彈性半無(wú)限空間的端面扭動(dòng)摩擦模型,利用Maple編寫計(jì)算程序,獲得了法向應(yīng)力分布,摩擦扭矩與黏著半徑、扭動(dòng)角的關(guān)系。研制了一種端面扭動(dòng)摩擦界面實(shí)時(shí)觀測(cè)裝置,開(kāi)展了PMMA與45＃鋼端面扭動(dòng)摩擦磨損測(cè)試,利用高速顯微攝像儀,實(shí)時(shí)觀測(cè)并逐幀分析摩擦界面的黏著區(qū)與滑移區(qū),獲得了不同載荷和扭動(dòng)角下界面的實(shí)時(shí)磨損形貌與循環(huán)次數(shù)的準(zhǔn)確動(dòng)態(tài)關(guān)系。基于MC尼龍和PTFE的試驗(yàn)數(shù)據(jù),從摩擦扭矩-扭動(dòng)角(T-

2、θ)曲線和穩(wěn)定摩擦扭矩等方面進(jìn)一步驗(yàn)證端面扭動(dòng)摩擦模型的正確性,取得的結(jié)論如下:
　　1、端面扭動(dòng)接觸中心的法向應(yīng)力最小,而在靠近平底沖頭的棱角處,法向應(yīng)力迅速增加,出現(xiàn)應(yīng)力集中。剪切模量、扭動(dòng)角、摩擦系數(shù)和法向力四因素綜合改變黏著半徑的大小,即決定了端面扭動(dòng)的接觸狀態(tài),它們與黏著半徑成非線性關(guān)系。摩擦扭矩隨黏著半徑整體上呈現(xiàn)先增加直至近邊緣處達(dá)到最大值,然后略有減小。
　　2、PMMA-45＃鋼配副的T-θ曲線隨角位移幅值

3、的增加由直線形轉(zhuǎn)變?yōu)闄E圓形最后變?yōu)槠叫兴倪呅?。相同角位移幅值?黏著半徑會(huì)隨法向載荷的增大而增加。在扭動(dòng)角為0.1°時(shí),PMMA在法向載荷83N、123N和163N下的理論黏著半徑都為5mm,表明扭動(dòng)界面處于完全黏著狀態(tài),而實(shí)測(cè)的黏著半徑分別為3.8mm、4mm和4.15mm。在扭動(dòng)角為0.25°時(shí),PMMA在法向載荷83N、123N和163N下的理論黏著半徑分別為1.48mm、3.88mm和5mm,可知扭動(dòng)界面處于部分滑移或黏著狀態(tài),

4、而實(shí)測(cè)的黏著半徑分別為1.88mm、3.2mm和3.4mm。在扭動(dòng)角為0.5°時(shí),PMMA在法向載荷83N、123N和163N下的理論黏著半徑分別為0.074mm、0.5mm和1.2mm,而實(shí)測(cè)的黏著半徑分別為0、0和0.5mm,整個(gè)界面處于完全滑移狀態(tài)。實(shí)測(cè)的黏著半徑與理論值較接近,即從黏著半徑與扭動(dòng)角的關(guān)系驗(yàn)證了端面扭動(dòng)模型的正確性。
　　3、端面扭動(dòng)界面損傷首先發(fā)生在接觸界面邊緣處,部分滑移區(qū)表現(xiàn)為擦傷形貌,完全滑移區(qū)則表現(xiàn)

5、為銀紋損傷。隨著循環(huán)次數(shù)的增加,黏/滑邊界處損傷逐漸加重同時(shí)向接觸中心擴(kuò)散,直到循環(huán)結(jié)束,接觸中心仍無(wú)損傷。在部分滑移區(qū),黏/滑交界處出現(xiàn)沿周向不均勻分布的擦傷形貌,且磨痕沿周向不斷生長(zhǎng),逐漸沿徑向拓展,伴隨著輕微的細(xì)紋(即銀紋)損傷。在完全滑移區(qū),銀紋的波紋狀特征非常明顯,銀紋沿徑向產(chǎn)生,經(jīng)歷伸長(zhǎng)變寬和模糊消失的過(guò)程,最后留下塑性流動(dòng)的痕跡。相同載荷下,PMMA磨損體積隨角位移幅值的增大而呈略微增加趨勢(shì);相同角位移幅值下,PMMA磨損