【摘要】：微動(dòng)是存在于兩零件之間的微、納米級(jí)別的一種相對(duì)運(yùn)動(dòng),因其振幅較小,在工程應(yīng)用中往往易被忽視。微動(dòng)的發(fā)生會(huì)對(duì)服役中的工程機(jī)械構(gòu)成損傷,是服役中機(jī)械正常運(yùn)行的重大潛在威脅,且微動(dòng)的產(chǎn)生不可阻止,被稱為工業(yè)上“不死的癌癥”。隨著表面工程技術(shù)的發(fā)展,通過在重要部件表層涂覆一層耐磨性能材料,能達(dá)到有效延長(zhǎng)服役壽命。類金剛石(Diamond-like Carbon,DLC)材料因其優(yōu)異的摩擦學(xué)性能,得到廣泛應(yīng)用。從文獻(xiàn)檢索中發(fā)現(xiàn),針對(duì)DLC材料的磨損性能研究,學(xué)者們多以實(shí)驗(yàn)研究為主,通過設(shè)計(jì)制備不同參數(shù)下的DLC涂層并進(jìn)行相應(yīng)的摩擦磨損實(shí)驗(yàn),分析磨損后的磨損形貌等,探究DLC材料的磨損性能;針對(duì)DLC材料的數(shù)值模擬研究較少,尤其是涂層局部磨穿后的磨損性能更是沒有學(xué)者涉及。本文基于現(xiàn)有微動(dòng)損傷理論得出球/平面接觸下的接觸應(yīng)力及其分布,在對(duì)其微動(dòng)損傷的預(yù)測(cè),采用Ruiz準(zhǔn)則分析了材料摩擦系數(shù)及切應(yīng)力對(duì)綜合系數(shù)的影響;從數(shù)值模擬角度出發(fā),提出了一種適用于較大磨損深度的節(jié)點(diǎn)更新方法,避免了當(dāng)磨損深度大于有限元單元長(zhǎng)度時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤;與此同時(shí)提出了一種加速數(shù)值計(jì)算的自適應(yīng)循環(huán)增量步方法,提高了數(shù)值計(jì)算的效率。建立了柱面與平面的二維微動(dòng)磨損模型,利用基于Archard磨損方程推導(dǎo)出的局部磨損方程,遞進(jìn)地計(jì)算了平面的磨損深度,得到了平面在柱面作用下的磨損形貌。運(yùn)用該模型得出了不同柱面幾何半徑大小、載荷和彈性模量下平面的磨損輪廓。利用正交實(shí)驗(yàn)對(duì)不同微動(dòng)工況參數(shù)進(jìn)行了顯著性分析,為工況參數(shù)的選擇提供了依據(jù)。在二維柱面與平面的微動(dòng)模型的基礎(chǔ)上,建立柱面與DLC涂層平面的二維微動(dòng)磨損模型。為探究DLC涂層局部磨穿的摩擦磨損性能,提出了一種適用于涂層材料的節(jié)點(diǎn)更新方法;運(yùn)用該模型對(duì)不同涂層厚度、不同滑移振幅下DLC涂層平面的發(fā)生局部磨穿前后的表現(xiàn)出的性能進(jìn)行了研究。為DLC涂層設(shè)計(jì)提供可靠的理論分析與參考。
【圖文】：

產(chǎn)生相對(duì)滑移運(yùn)動(dòng)而造成接觸面表面損傷；接觸副只承受局部接觸載荷，或承受固定的預(yù)應(yīng)力，如圖1.1（a）所示。（2）微動(dòng)疲勞：指接觸副表面因承受外界的交變疲勞載荷引起的變形、產(chǎn)生相對(duì)位移發(fā)生的微動(dòng)現(xiàn)象，如圖 1.1（b）所示。（3）微動(dòng)腐蝕：指在電解質(zhì)或其他腐蝕性介質(zhì)（如酸雨）中發(fā)生的微動(dòng)。如圖1.1（c）所示。圖 1.1 常見的三種基本微動(dòng)模式示意圖[2]Fig. 1.1 Three common basic fretting mode diagram球/平面接觸模型是微動(dòng)磨損中較為常用的有限元模型；根據(jù)其相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向，致力于微動(dòng)研究的國(guó)內(nèi)外學(xué)者把微動(dòng)分為：切向微動(dòng)、滾動(dòng)微動(dòng)、扭動(dòng)微動(dòng)、徑向微動(dòng)四種基本運(yùn)行模式[1]，如圖 1.2 所示。

圖 1.2 球/平面接觸模式下微動(dòng)磨損的 4 種基本形式[3]Fig. 1.2 Four basic classification of fretting wear in ball/plane contact mode工程中存在的微動(dòng)是形式較為復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)，我國(guó)學(xué)者周仲榮帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)提出的復(fù)合微動(dòng)和復(fù)雜微動(dòng)的概念，引領(lǐng)的復(fù)雜微動(dòng)形式研究更加趨近工程實(shí)際。1.2.2 微動(dòng)磨損基礎(chǔ)理論概述Tomlinson 早期從材料分子之間的相互吸引[4]對(duì)微動(dòng)磨損過程進(jìn)行了解釋，這種最早的微動(dòng)磨損模型并沒有得到認(rèn)可。Godfrey 等[5]認(rèn)為黏著在接觸面間的材料顆粒當(dāng)其從接觸表面剝落被擠出接觸面的同時(shí)還會(huì)被接觸的空氣氧化，，機(jī)械作用是磨屑形成的主要原因。而 Uhigh 等則認(rèn)為機(jī)械和化學(xué)作用[4]共同造成了微動(dòng)破壞，兩者的作用是能夠孤立的對(duì)待，推導(dǎo)出了最早的定量表達(dá)式，對(duì)微動(dòng)磨損的效果進(jìn)行了量化但其不能夠呈現(xiàn)出微動(dòng)振幅對(duì)磨損率影響的規(guī)律。Feng 和 Rightnire[6]基于傳統(tǒng)摩擦學(xué)理論，認(rèn)為微動(dòng)磨損的過程包括4個(gè)階段（：1）
【學(xué)位授予單位】：貴州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TH117.1

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本文編號(hào)：2686289