基于ABAQUS的导轨副磨料磨损微观过程的有限元研究

摘要

导轨副微观接触过程中，主要是滑动过程中颗粒对导轨表面的犁耕与微切削作用，在微观表面上导轨副之间的磨损实际是微凸体之间的相互作用，当导轨副表面相互接触并相互滑动时，两表面的微凸体进行接触，并伴有颗粒的脱离对导轨产生影响。本文主要研究了滑动导轨磨粒磨损的犁耕与微切削过程，根据有限元分析参数对应力应变的影响，尤其微观过程中颗粒对导轨磨损的影响，为了研究这两个过程需要建立有限元模型并进行回归分析，本文从以下几个方面进行了研究:
　　首先，利用TaylorHobson粗糙度轮廓仪对滑动导轨试件进行表面形貌的测量与数据采集的实验，实验后得到滑动导轨试件的表面评定参数并根据这些参数得到微凸体的半径;采用万能试验机对导轨材料的参数进行测量，得到滑动导轨材料最大拉伸力和抗拉强度。根据评定参数和物理参数，利用ABAQUS有限元软件分别建立基于犁耕理论与微切削理论的滑动导轨表面微观有限元模型。
　　然后，安排中心复合实验和运用ABAQUS对导轨表面微观犁耕过程进行有限元仿真，得到了应力、应变、最大位移随微凸体半径即颗粒半径的变化规律，以及应力、应变、最大位移随滑动速度的变化规律。运用数值分析软件MATLAB对所得的有限元结果进行回归分析，并建立导轨微观磨损过程中微凸体半径和滑动速度与法向应力应变之间关系的预测模型。
　　最后，在正交试验的基础上，建立了导轨副微观切削模型，分别把刀尖圆弧半径（颗粒半径）、切削速度（滑块滑动速度）、切削深度（颗粒侵入导轨的深度）作为研究因素，对导轨微观磨损过程中应力应变的影响规律，并得到导轨副磨粒磨损微观切削回归模型，对不同的颗粒半径对导轨磨损的影响做了进一步的分析。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题背景及来源

1．2 国内外研究现状分析

1．2．1 磨损的研究现状

1．2．2 微切削的研究现状

1．3 本课题的研究目的和意义

1．4 研究方法和研究内容

1．4．1 导轨副磨粒磨损的研究方法

1．4．2 研究内容

1．5 本章小结

第二章 导轨的磨损及销盘磨损试验

2．1 导轨简介

2．1．1 导轨的分类

2．1．2 导轨的基本要求

2．2 磨损的分类

2．3 销盘磨损实验

2．3．1 磨损实验的研究过程

2．3．2 磨损实验数据记录与分析

2．4 本章小结

第三章 滑动导轨表面形貌及参数测量

3．1 导轨表面形貌的观测

3．1．1 实验设备的介绍及原理

3．1．2 测量方法

3．1．3 实验数据及导轨表面形貌的观测

3．1．4 导轨表面形貌的实际观测

3．2 导轨物理参数的测量

3．2．1 万能试验机简介

3．2．2 拉伸试验过程及试验数据

3．2．3 导轨试件拉伸试验结果

3．3 本章小结

第四章 导轨副磨粒磨损犁耕过程的研究及仿真

4．1 “犁耕”理论

4．2 磨粒磨损犁耕过程有限元模型构建

4．2．1 ABAQUS有限元软件简介

4．2．2 有限元仿真试验方法

4．2．3 有限元模型的建立

4．3 导轨微观犁耕有限元数据处理及结论

4．3．1 有限元实验数据分析

4．3．2 导轨犁耕过程的回归分析

4．4 本章小结

第五章 导轨副微切削过程的研究

5．1 微切削理论

5．2 微切削模型的建立

5．2．1 导轨副微切削试验安排

5．2．2 导轨副微切削模型

5．3 磨粒磨损微切削有限元分析

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 研究结果总结

6．2 研究展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢