考虑压强、速率影响的FPS材料动摩擦试验与模拟研究

摘要

滑动摩擦摆(friction pendulum system,FPS)支座具有良好的隔震与自复位性能在工程中应用广泛,其中,滑动副的摩擦材料对其抗震性能至关重要。该研究开展了不同压强、不同滑动速率下聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene,PTFE)、超高分子聚乙烯(ultra-high molecular polyethylene,UMHWPE)、聚甲醛(polyoxymethylene,POM)、高密度聚乙烯(high-density polyethylene,HDPE)与聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate,PET)5种材料与钢界面的动摩擦试验,阐明了不同峰值滑动速率、不同压强下循环退化与黏滞滑移特性的变化规律,分析了瞬时滑动速率(instantaneous sliding rate,ISR)、竖向压强对动摩擦因数(dynamic friction coefficient,DFC)的影响,讨论了材料耐磨特性。分析表明:POM循环退化现象明显、HDPE黏滞滑移现象明显、PTFE与HDPE耐磨性能最差;摩擦因数随瞬时滑动速率的增大而增大,随着压强的增大而减小;指数模型拟合摩擦因数与瞬时速率间关系优于对数函数模型。对高速率摩擦工况,首先建立分子动力学模型进行低速的摩擦因数验证,模拟误差为12.3%~14.2%;而后采用了分子动力学模拟较高速率动摩擦因数;最后结合试验与模拟数据采用指数函数模型建立了FPS的模拟模型,显著性好,可用于有大速率摩擦工况的反应评估。