5083铝合金线接触式切向微动磨损行为研究及其数值模拟

摘要

微动磨损是指接触表面由于小幅振动而产生的一种小位移磨损。微动磨损广泛存在于航空航天、铁路机车和核电工业等领域。微动主要的影响因素包括法向载荷、位移幅值、频率、接触形式、材料特性和表面粗糙度等。目前关于微动磨损研究主要是采取点接触的方式，对线接触的研究相对较少。线接触形式广泛存在于工程实际中，例如轮轴配合、齿轮啮合及销轴连接等。本论文研究5083铝合金/35CrMo钢在线接触形式下的切向微动磨损行为。
　　本文的实验主要是在电磁激振微动磨损试验机上进行的，采用平面(5083铝合金)/圆柱(35CrMo钢)线接触形式。在分析摩擦特性曲线和摩擦系数时变曲线的基础上，研究了位移幅值和法向载荷对微动磨损的影响。试验后对测试试样的磨痕形貌、磨损量及剖面进行分析。最后建立有限元模型，研究5083铝合金接触面的应力状态，并分析了摩擦系数和夹紧力对应力的影响，进一步解释了试验现象。通过以上的工作，本论文主要获得了以下几个结论:
　　1.本研究获得了5083铝合金/35CrMo钢接触面在线接触条件下微动磨损的运行状态图。在线接触条件下，磨痕表面在部分滑移状态下呈现不连续性，完全滑移状态下磨痕中心比两端严重。微观形貌分析表明，5083铝合金的磨损机制主要为磨粒磨损和剥层。
　　2.在相同法向载荷的条件下，磨损量（磨损体积、磨损率和平均磨损深度）随着位移幅值的增加而增加。在相同位移幅值的条件下，磨损量随着法向载荷的增加而减少。
　　3.通过有限元分析获得了5083铝合金微动磨损接触面的应力状态;接触面的应力值随着摩擦系数的增加而增加;夹紧力对接触线方向上的应力分布影响较大。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 微动摩擦学概述

1．1．1 微动及微动的分类

1．1．2 微动的主要影响因素

1．1．3 微动磨损的实例

1．1．4 微动磨损的防护

1．2 磨损机制及微动磨损理论

1．2．1 磨损机制

1．2．2 早期微动磨损理论

1．2．3 微动运动调节机理和三体理论

1．2．4 二类微动图理论

1．3 接触形式微动摩擦学概述

1．3．1 微动摩擦学的接触形式

1．3．2 不同接触形式摩擦学研究现状

1．4 论文的选题意义和研究内容

第2章 试验方法和材料

2．1 试验材料及尺寸

2．2 试验参数

2．3 试验方法

2．4 微观分析方法

2．4．1 表面形貌分析

2．4．2 微区化学成分分析

2．4．3 磨痕形貌分析

2．4．4 磨损量分析

2．4．5 磨痕剖面分析

2．5 ABAQUS有限元分析方法

第3章 5083铝合金线接触切向微动磨损行为研究

3．1 微动运行状态

3．2 位移幅值对微动磨损的影响

3．2．1 摩擦系数时变曲线

3．2．2 磨痕光镜形貌及轮廓

3．2．3 磨痕扫描电镜形貌及EDX能谱

3．2．4 磨痕磨损量

3．2．5 磨痕剖面形貌

3．3 法向载荷对微动磨损的影响

3．3．1 摩擦系数时变曲线

3．3．2 磨痕光镜形貌及轮廓

3．3．3 磨痕扫描电镜形貌及EDX能谱

3．3．4 磨痕磨损量

3．3．5 磨痕剖面形貌

3．4 本章小结

第4章 5083铝合金线接触微动磨损有限元模拟分析

4．1 有限元模型

4．1．1 网格划分及材料参数

4．1．2 模型约束及加载方式

4．2 有限元分析结果

4．2．1 接触表面的应力

4．2．2 深度方向的应力

4．2．3 摩擦系数对应力状态的影响

4．2．4 夹紧力对应力状态的影响

4．3 本章小结

结论

研究展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文