目的研究表面涂層與織構(gòu)化協(xié)同作用時摩擦副的重載彈流潤滑性能,為重載傳動的摩擦學(xué)設(shè)計提供參考。方法基于廣義Reynolds方程、線彈性方程以及載荷平衡方程,建立表面微織構(gòu)涂層-基體系統(tǒng)的彈流潤滑模型,并無量綱化,然后運用Full-system有限元法編程求解,探討涂層的彈性模量以及三角形織構(gòu)深度、寬度、密度對系統(tǒng)彈流響應(yīng)的影響。結(jié)果載荷一定時,薄膜涂層（2μm）的彈性模量變化（50～500 GPa）對油膜壓力整體分布影響較小,但二次壓力峰在硬質(zhì)涂層上更為顯著。在涂層與基體存在彈性模量差時,其上由微織構(gòu)引起的集中應(yīng)力是無涂層的2～3倍。最小油膜厚度隨著涂層彈性模量的增大而增大。隨著織構(gòu)深度的增大（0～5μm）,油膜壓力和厚度波動更加明顯,最小油膜厚度隨之減小,系統(tǒng)最大等效應(yīng)力也顯著增大。當織構(gòu)寬度增大（10～20μm）時,油膜壓力和厚度波動減弱,最小油膜厚度先減小后增大。如果織構(gòu)密度增大（0.5～2）,油膜壓力波動更為劇烈,油膜厚度波動變化不大,但其波動周期變化明顯,最小油膜厚度先減小后增大。膜基界面最大剪應(yīng)力出現(xiàn)在二次壓力峰附近,織構(gòu)化表面油膜壓力波動越大,膜基界面剪應(yīng)力波動也越大。結(jié)論... 

【文章來源】：表面技術(shù). 2020,49(07)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

表面微織構(gòu)涂層-基體系統(tǒng)線接觸彈流潤滑模型

求解涂層-基體彈流潤滑問題的計算域（無量綱化）如圖2所示[15,16]。為精確求解固體域的彈性變形，將該二維計算域Ω的幾何范圍定為X∈[–30,30]和Y∈[–hc/a–60,0]。為保證潤滑油入口和出口處的油膜壓力均為0，一維流體域Ωc定為X∈[–4.5,3]。一維線接觸等溫彈流潤滑無量綱化廣義雷諾方程為：Reynolds方程空化邊界條件表示為[17]:

整個數(shù)值計算程序如圖3所示。本文采用Full-system有限元法，將所有需求解的方程在穩(wěn)態(tài)計算條件下通過有限元方法進行離散。首先，給定初值H0、P、U和V，然后利用有限元直接迭代和Newton-Raphson迭代法求解每個時間步的EHL方程組，以求解H0、P、U和V。讓流體域和固體域建立隱式聯(lián)系，通過全耦合的形式不斷更新計算H0。將拉格朗日五階和二階單元分別賦予到Reynolds方程和線彈性方程中，具體求解方法請見參考文獻[19-20]。求解過程中，模型流體域網(wǎng)格質(zhì)量和密度是保證計算結(jié)果準確性的關(guān)鍵。為了確定合理的單元網(wǎng)格數(shù)量，本文開展了不同網(wǎng)格數(shù)量下的織構(gòu)化膜基系統(tǒng)EHL模型計算，驗算模型為理想光滑表面，涂層彈性模量取200 GPa（無涂層）。而且，中心膜厚Hcen和最小膜厚Hmin與Dowson等的經(jīng)驗公式[14,21]進行了比較，如式(16):


本文編號：3409041