銷盤滑動磨損試驗(yàn)的仿真方法研究.pdf

1、摩擦學(xué)仿真是現(xiàn)代信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)并結(jié)合各種數(shù)學(xué)方法在摩擦學(xué)領(lǐng)域發(fā)展起來一門新的研究課題。由于實(shí)際摩擦學(xué)系統(tǒng)的復(fù)雜性和工況的不同，使傳統(tǒng)模擬試驗(yàn)方法獲得的結(jié)果往往只是定性的，不能很好地應(yīng)用于摩擦學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)際工程應(yīng)用。有必要尋求新的方法和手段深入研究磨損的定量規(guī)律，否則就不可能期望在磨損的預(yù)防與控制上取得根本性突破。本課題研究的正是通過計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)學(xué)分析方法，選擇銷盤滑動磨損試驗(yàn)這類典型磨損試驗(yàn)系統(tǒng)為研究對象，進(jìn)行滑動磨損試

2、驗(yàn)的摩擦學(xué)仿真研究，以期提供一種新的磨損研究分析方法和相應(yīng)的磨損仿真模型，實(shí)現(xiàn)基本的摩擦學(xué)接觸問題和磨損問題的仿真。 本文主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下： （1）選擇機(jī)械零件常用材料45鋼制作磨損試件，在MMW-1立式萬能摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行銷盤滑動磨損試驗(yàn)。通過改變載荷、轉(zhuǎn)速和熱處理狀態(tài)（硬度），獲得了這些參數(shù)對磨損的影響規(guī)律。 （2）在試驗(yàn)數(shù)據(jù)和理論分析基礎(chǔ)上，建立了包含多個(gè)參數(shù)的磨損仿真模型；用試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定了模型的參

3、數(shù)，并用試驗(yàn)數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明，仿真模型基本能反映銷盤干滑動磨損試驗(yàn)的輸入輸出關(guān)系。 （3）在對摩擦副接觸特性和接觸應(yīng)力計(jì)算理論分析基礎(chǔ)上，推導(dǎo)了銷盤接觸應(yīng)力理論計(jì)算模型。利用ANSYS軟件分別對銷盤接觸副進(jìn)行二維和三維的接觸應(yīng)力模擬分析。有限元模擬分析結(jié)果表明，接觸界面壓力分布是不均勻的，接觸面中間接觸壓力小、邊緣大，峰值達(dá)到外加載荷的2．786倍。銷盤接觸由靜態(tài)變?yōu)閯討B(tài)時(shí)，接觸應(yīng)力場在形態(tài)和數(shù)值上都發(fā)生很大變化。

4、三維和二維模型的計(jì)算結(jié)果類似，只是在數(shù)值有少量變化。分析結(jié)果表明，ANSYS有限元法可以用來對理想接觸狀態(tài)進(jìn)行模擬，便于從直觀上分析銷盤的受力狀態(tài)和它的摩擦磨損機(jī)理。 （4）通過對銷盤摩擦副試驗(yàn)工況條件的分析，建立起銷盤試樣摩擦表面溫度及溫度場分布的理論模型，對45鋼銷盤銷試樣摩擦表面溫度及溫度場分布進(jìn)行模擬計(jì)算；并采用有限元法對摩擦表面溫度場進(jìn)行了仿真計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表明，一維溫度場穩(wěn)態(tài)理論模型及二維差分穩(wěn)態(tài)模型計(jì)算結(jié)果一致；二

5、維和三維的有限元瞬態(tài)模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了一維穩(wěn)態(tài)理論計(jì)算模型的可信性。有限元計(jì)算結(jié)果表明，銷盤摩擦副在滑動磨損過程中，從開始滑動40 s左右，溫度場達(dá)到穩(wěn)態(tài)，沿銷軸線方向，穩(wěn)態(tài)溫升基本呈線性分布；二維和三維有限元模型計(jì)算的接觸面最高溫升基本一致； （5）針對銷盤干滑動磨損率試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分別進(jìn)行了一元非線性回歸模型、多元非線性回歸模型和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型研究。通過對不同函數(shù)類型的一元非線性回歸、多元非線性回歸模型的分析，結(jié)果表明