【摘要】： 摩擦學仿真是現(xiàn)代信息技術(shù)和計算機仿真技術(shù)并結(jié)合各種數(shù)學方法在摩擦學領(lǐng)域發(fā)展起來一門新的研究課題。由于實際摩擦學系統(tǒng)的復雜性和工況的不同,使傳統(tǒng)模擬試驗方法獲得的結(jié)果往往只是定性的,不能很好地應(yīng)用于摩擦學系統(tǒng)的設(shè)計和實際工程應(yīng)用。有必要尋求新的方法和手段深入研究磨損的定量規(guī)律,否則就不可能期望在磨損的預防與控制上取得根本性突破。本課題研究的正是通過計算機技術(shù)和數(shù)學分析方法,選擇銷盤滑動磨損試驗這類典型磨損試驗系統(tǒng)為研究對象,進行滑動磨損試驗的摩擦學仿真研究,以期提供一種新的磨損研究分析方法和相應(yīng)的磨損仿真模型,實現(xiàn)基本的摩擦學接觸問題和磨損問題的仿真。 本文主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下: (1)選擇機械零件常用材料45鋼制作磨損試件,在MMW-1立式萬能摩擦磨損試驗機進行銷盤滑動磨損試驗。通過改變載荷、轉(zhuǎn)速和熱處理狀態(tài)(硬度),獲得了這些參數(shù)對磨損的影響規(guī)律。 (2)在試驗數(shù)據(jù)和理論分析基礎(chǔ)上,建立了包含多個參數(shù)的磨損仿真模型;用試驗數(shù)據(jù)確定了模型的參數(shù),并用試驗數(shù)據(jù)對模型進行了驗證,結(jié)果表明,仿真模型基本能反映銷盤干滑動磨損試驗的輸入輸出關(guān)系。 (3)在對摩擦副接觸特性和接觸應(yīng)力計算理論分析基礎(chǔ)上,推導了銷盤接觸應(yīng)力理論計算模型。利用ANSYS軟件分別對銷盤接觸副進行二維和三維的接觸應(yīng)力模擬分析。有限元模擬分析結(jié)果表明,接觸界面壓力分布是不均勻的,接觸面中間接觸壓力小、邊緣大,峰值達到外加載荷的2.786倍。銷盤接觸由靜態(tài)變?yōu)閯討B(tài)時,接觸應(yīng)力場在形態(tài)和數(shù)值上都發(fā)生很大變化。三維和二維模型的計算結(jié)果類似,只是在數(shù)值有少量變化。分析結(jié)果表明,ANSYS有限元法可以用來對理想接觸狀態(tài)進行模擬,便于從直觀上分析銷盤的受力狀態(tài)和它的摩擦磨損機理。 (4)通過對銷盤摩擦副試驗工況條件的分析,建立起銷盤試樣摩擦表面溫度及溫度場分布的理論模型,對45鋼銷盤銷試樣摩擦表面溫度及溫度場分布進行模擬計算;并采用有限元法對摩擦表面溫度場進行了仿真計算。計算結(jié)果表明,一維溫度場穩(wěn)態(tài)理論模型及二維差分穩(wěn)態(tài)模型計算結(jié)果一致;二維和三維的有限元瞬態(tài)模型的計算結(jié)果進一步驗證了一維穩(wěn)態(tài)理論計算模型的可信性。有限元計算結(jié)果表明,銷盤摩擦副在滑動磨損過程中,從開始滑動40s左右,溫度場達到穩(wěn)態(tài),沿銷軸線方向,穩(wěn)態(tài)溫升基本呈線性分布;二維和三維有限元模型計算的接觸面最高溫升基本一致; (5)針對銷盤干滑動磨損率試驗數(shù)據(jù),分別進行了一元非線性回歸模型、多元非線性回歸模型和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型研究。通過對不同函數(shù)類型的一元非線性回歸、多元非線性回歸模型的分析,結(jié)果表明,指數(shù)回歸模型的預測效果最好。通過比較不同隱層接點數(shù)的網(wǎng)絡(luò)模型的預測結(jié)果分析,發(fā)現(xiàn)隱層接點數(shù)在7時,可獲得較佳的預測結(jié)果,據(jù)此確定了網(wǎng)絡(luò)模型的結(jié)構(gòu)和具體參數(shù)�；貧w模型和BP網(wǎng)絡(luò)模型都能夠用來對銷盤磨損率進行預測,但BP模型預測的精度更高。
【圖文】：

滑動、滾動、滑滾復合圖3一 1MMW-1磨損試驗機及測試系統(tǒng)外觀3.2試驗材料及參數(shù)3.2.1試驗材料選擇45鋼這種材料在機械工業(yè)中被廣泛應(yīng)用，具有很強的代表性。同時由于該種材料的摩擦學特性已經(jīng)被許多學者所研究，，因此，本次試驗選取45鋼作為盤和銷試樣材料。其化學成分如表3一2。表3一 245鋼的化學成分成分Mll質(zhì)量分數(shù)/% 0.42~0.520.17~0.370.50~0.80三0.04 (0.04

武漢理工大學博士學位論文圖4一5為銷盤接觸的實體模型示意圖，取過銷軸線，分別垂直于和平行于銷運動方向兩個剖面實際尺寸作為二維有限元分析的幾何模型。其示意圖如圖4一6、4一7所示。圖4一5銷盤接觸副示意圖圖4一6銷盤接觸副二維靜態(tài)幾何模型
【學位授予單位】：武漢理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：TH117.1

【引證文獻】

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本文編號：2613776