【摘要】： 摩擦學(xué)仿真是現(xiàn)代信息技術(shù)和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)并結(jié)合各種數(shù)學(xué)方法在摩擦學(xué)領(lǐng)域發(fā)展起來一門新的研究課題。由于實(shí)際摩擦學(xué)系統(tǒng)的復(fù)雜性和工況的不同,使傳統(tǒng)模擬試驗(yàn)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(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)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(yù)防與控制上取得根本性突破。本課題研究的正是通過計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)學(xué)分析方法,選擇銷盤滑動(dòng)磨損試驗(yàn)這類典型磨損試驗(yàn)系統(tǒng)為研究對象,進(jìn)行滑動(dòng)磨損試驗(yàn)的摩擦學(xué)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(shí)現(xiàn)基本的摩擦學(xué)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(jī)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(yàn)機(jī)進(jìn)行銷盤滑動(dòng)磨損試驗(yàn)。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(yàn)數(shù)據(jù)和理論分析基礎(chǔ)上,建立了包含多個(gè)參數(shù)的磨損仿真模型;用試驗(yàn)數(shù)據(jù)確定了模型的參數(shù),并用試驗(yàn)數(shù)據(jù)對模型進(jìn)行了驗(yàn)證,結(jié)果表明,仿真模型基本能反映銷盤干滑動(dòng)磨損試驗(yàn)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(jì)算理論分析基礎(chǔ)上,推導(dǎo)了銷盤接觸應(yīng)力理論計(jì)算模型。利用ANSYS軟件分別對銷盤接觸副進(jìn)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(dá)到外加載荷的2.786倍。銷盤接觸由靜態(tài)變?yōu)閯?dòng)態(tài)時(shí),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(jì)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(jìn)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(jī)理。 (4)通過對銷盤摩擦副試驗(yàn)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(jìn)行模擬計(jì)算;并采用有限元法對摩擦表面溫度場進(jìn)行了仿真計(jì)算。計(jì)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(jì)算結(jié)果一致;二維和三維的有限元瞬態(tài)模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了一維穩(wěn)態(tài)理論計(jì)算模型的可信性。有限元計(jì)算結(jié)果表明,銷盤摩擦副在滑動(dòng)磨損過程中,從開始滑動(dòng)40s左右,溫度場達(dá)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(jì)算的接觸面最高溫升基本一致; (5)針對銷盤干滑動(dòng)磨損率試驗(yàn)數(shù)據(jù),分別進(jìn)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(yù)測效果最好。通過比較不同隱層接點(diǎn)數(shù)的網(wǎng)絡(luò)模型的預(yù)測結(jié)果分析,發(fā)現(xiàn)隱層接點(diǎn)數(shù)在7時(shí),可獲得較佳的預(yù)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)。回歸模型和BP網(wǎng)絡(luò)模型都能夠用來對銷盤磨損率進(jìn)行預(yù)測,但BP模型預(yù)測的精度更高。
【圖文】：

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

武漢理工大學(xué)博士學(xué)位論文圖4一5為銷盤接觸的實(shí)體模型示意圖，取過銷軸線，分別垂直于和平行于銷運(yùn)動(dòng)方向兩個(gè)剖面實(shí)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(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：TH117.1

【引證文獻(xiàn)】

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本文編號：2613776