凹坑型仿生非光滑表面的熱結(jié)構(gòu)分析及耐磨性的機理研究.pdf

1、磨損是材料和機械設(shè)備失效的主要原因之一，會造成能源和材料的浪費，帶來極大的經(jīng)濟和資源損失。磨損過程中有多種作用因素，熱效應(yīng)是其中非常重要的一種，摩擦熱帶來的溫度變化會影響到材料本構(gòu)關(guān)系等特性和材料微結(jié)構(gòu)的變化。仿生非光滑表面形態(tài)是一種有效提高表面耐磨性的新方法。本文從仿生學(xué)的角度出發(fā)，以一種仿生非光滑凹坑型特征表面的耐磨性質(zhì)為研究對象，用有限元分析軟件ANSYS的熱結(jié)構(gòu)耦合分析模塊為工具，通過研究該表面在滑動摩擦過程中的熱結(jié)構(gòu)特征，分析

2、了對其表面磨損影響的原因，為仿生非光滑表面技術(shù)的應(yīng)用提供了理論借鑒和試驗數(shù)據(jù)。
　　 本文根據(jù)現(xiàn)實加工中的工藝條件、分析處理中的硬件裝備和現(xiàn)有的文獻參考，以凹坑的幾何尺寸和距離分布為目標(biāo)，通過正交試驗設(shè)計了9個測試對象，對不同形態(tài)分布凹坑形貌在同樣滑動速度和法向負載狀態(tài)下的特性作了有限元數(shù)值模擬分析。在數(shù)學(xué)模型上選用增廣拉格朗日乘子算法來實現(xiàn)摩擦副之間的接觸關(guān)系，用熱彈性理論實現(xiàn)接觸摩擦過程中的熱量生成和傳遞。通過比較光滑表面與

3、不同形態(tài)分布的非光滑表面之間的溫度、應(yīng)力等的指標(biāo)差異性，對非光滑表面的性質(zhì)和其耐磨機理進行探討研究。
　　 通過計算，本文得到了如下定性及定量的結(jié)論：(1)與光滑表面相比，凹坑非光滑表面上的平均溫度和等效應(yīng)力普遍有所降低，溫度和應(yīng)力分布更加分散，但有部分位置溫度和應(yīng)力高于光滑表面；(2)在正交設(shè)計的9組試驗中，第7組試驗的效果最好，試驗因素為凹坑寬度1200um，深度400um，間隔600um；(3)對試驗結(jié)果數(shù)據(jù)進行極差分析，

4、得到凹坑寬度對于平均溫度影響最大，凹坑的分布距離次之，凹坑深度影響最小。凹坑深度對于溫度分布影響最大，分布間距和寬度影響基本相同。凹坑的寬度對于等效應(yīng)力影響較大，深度次之，凹坑間距影響較小。凹坑的深度對于等效應(yīng)力的分布影響較大，間隔距離次之，寬度影響教??；(4)對凹坑周圍及內(nèi)部的節(jié)點進行分析，認為凹坑的存在對結(jié)構(gòu)熱耦合特性的影響主要在于凹坑造成結(jié)構(gòu)整體的剛性下降，整體應(yīng)變，特別是凹坑附近應(yīng)變加大，吸收了一部分滑動摩擦能量，而且凹坑間存在