發(fā)布時(shí)間：2020-08-21 19:13

【摘要】：扭動(dòng)微動(dòng)作為四種基本微動(dòng)方式之一,大量存在于實(shí)際工程中,其運(yùn)動(dòng)幅值微小,且產(chǎn)生的影響不易觀察,但其引起的磨損和疲勞損傷所造成的零部件磨損失效不可忽視。扭動(dòng)微動(dòng)研究起步較晚,報(bào)道較少,目前主要集中于實(shí)驗(yàn)研究。本文著眼于摩擦熱對(duì)扭動(dòng)微動(dòng)的影響,基于有限元方法,開展對(duì)兩種鋁合金材料的接觸力學(xué)行為研究,通過(guò)用戶子程序嵌入和應(yīng)力場(chǎng)相關(guān)的熱源模型,建立熱-力耦合扭動(dòng)微動(dòng)預(yù)測(cè)模型,進(jìn)而開展微動(dòng)溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)數(shù)值分析,探究相應(yīng)的材料響應(yīng)行為。主要研究工作如下:1.基于有限元方法,采用球-平面接觸幾何建立扭動(dòng)微動(dòng)數(shù)值模型,將Hertz理論解的接觸壓力和接觸半徑與數(shù)值解進(jìn)行對(duì)比,結(jié)果取得了較好的一致性,因而充分驗(yàn)證了有限元數(shù)值模型的正確性和分析的可行性。2.對(duì)7050鋁合金、2024鋁合金的扭動(dòng)微動(dòng)力學(xué)行為開展數(shù)值模擬分析,研究關(guān)鍵微動(dòng)參數(shù)對(duì)應(yīng)力應(yīng)變分布和演化的影響。結(jié)果表明:不同運(yùn)行區(qū)域Mises應(yīng)力、摩擦切應(yīng)力、塑性應(yīng)變的分布和變化規(guī)律呈現(xiàn)明顯的不同,且與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的磨損損傷規(guī)律有一定的對(duì)應(yīng)性。3.基于摩擦生熱,探究了扭動(dòng)微動(dòng)的熱力耦合效應(yīng)。分析了表面及次表面的溫升分布和溫升變化,及較高微動(dòng)循環(huán)下溫升對(duì)應(yīng)力應(yīng)變分布的影響,同時(shí)總結(jié)了關(guān)鍵微動(dòng)因子對(duì)溫升分布和變化的影響規(guī)律。結(jié)果表明:溫升在扭動(dòng)微動(dòng)不同運(yùn)行區(qū)域同樣呈現(xiàn)不同的分布和變化規(guī)律,且對(duì)應(yīng)力應(yīng)變有顯著影響,故摩擦熱是微動(dòng)損傷中重要的影響因素,對(duì)揭示扭動(dòng)微動(dòng)損傷機(jī)理具有重要意義。4.對(duì)比分析7050鋁合金、2024鋁合金扭動(dòng)微動(dòng)損傷特性,通過(guò)研究不同微動(dòng)參數(shù)對(duì)兩種材料應(yīng)力應(yīng)變和溫升影響規(guī)律的不同,探究材料響應(yīng)行為從而為扭動(dòng)微動(dòng)摩擦副的材料選取奠定理論基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O34
【圖文】：

微動(dòng)一般存在于“緊固”配合的機(jī)械部件中[1,2]。由于接觸表面沒(méi)有宏觀的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此在實(shí)際工程應(yīng)用中微動(dòng)現(xiàn)象總是被忽略，對(duì)材料失效分析通常從材料質(zhì)量和強(qiáng)度等問(wèn)題上進(jìn)行探討，極少考慮相互接觸表面的微動(dòng)摩擦特性。在工程實(shí)際中廣泛存在微動(dòng)現(xiàn)象，如：核反應(yīng)堆蒸汽裝置（圖 1-1（a））、纜繩（圖 1-1（b））、花鍵配合、螺紋連接、輪軸配合、飛機(jī)上眾多配合部件等，微動(dòng)涉及到機(jī)械、材料、化學(xué)、力學(xué)等諸多學(xué)科，其研究的復(fù)雜程度比傳統(tǒng)的滑動(dòng)和滾動(dòng)摩擦都要高。迄今為止對(duì)微動(dòng)摩擦學(xué)研究還不足一個(gè)世紀(jì)[3]，隨著工業(yè)的快速發(fā)展，高科技領(lǐng)域?qū)ε浜狭悴考�的精度、可靠、使用壽命以及各種工況下的要求更加嚴(yán)苛，微動(dòng)磨損對(duì)零部件的損傷日益凸顯，因此亟需快速發(fā)展微動(dòng)摩擦學(xué)。微動(dòng)摩擦學(xué)發(fā)展時(shí)間雖然較短，但在這一時(shí)期內(nèi)研究人員及學(xué)者們先后提出了許多重要理論為微動(dòng)摩擦學(xué)研究奠定基礎(chǔ)，如：微動(dòng)破壞的機(jī)械和化學(xué)共同作用理論[4]、微動(dòng)疲勞模型[5]、剝層理論[6]、微動(dòng)運(yùn)動(dòng)調(diào)節(jié)理論[7]、微動(dòng)三體理論[8]、微動(dòng)疲勞力學(xué)分析[9]、二類微動(dòng)圖理論[10]等。

西南交通大學(xué)碩士研究生學(xué)位論文 第.2 微動(dòng)的運(yùn)動(dòng)模式在實(shí)際工程應(yīng)用中微動(dòng)現(xiàn)象是十分復(fù)雜的，學(xué)者們通過(guò)采用球/平面的接觸模運(yùn)動(dòng)形式簡(jiǎn)化并分成四種基本運(yùn)行類型[11]：切向微動(dòng)（Tangential fretting）動(dòng)（Rotational fretting）、徑向微動(dòng)（Radial fretting）以及扭動(dòng)微動(dòng)（Torting），微動(dòng)運(yùn)行模式如圖 1-2 所示。

圖 1-3 影響扭動(dòng)微動(dòng)的主要因素幅值作是微動(dòng)過(guò)程中關(guān)鍵參數(shù)，一直是微動(dòng)過(guò)程中的磨損率有著較為顯著的影相對(duì)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的耗散能較低，微動(dòng)磨相對(duì)運(yùn)動(dòng)區(qū)域增大，在微動(dòng)過(guò)程中所產(chǎn)的磨損率。外界較大載荷，接觸面會(huì)表現(xiàn)出較大的對(duì)運(yùn)動(dòng)的滑移量，配合部件在交變應(yīng)力頻率影響接觸面材料的化學(xué)性質(zhì)、磨學(xué)性質(zhì)變化與時(shí)間相關(guān)，循環(huán)過(guò)程中接生，導(dǎo)致接觸面材料被磨耗掉越多。

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本文編號(hào)：2799755