動(dòng)態(tài)載荷下MC尼龍復(fù)合材料端面扭動(dòng)摩擦學(xué)行為研究.pdf

1、本文以鐵路貨車轉(zhuǎn)向架為工程背景，研究了其心盤材料(MC尼龍復(fù)合材料)在不同載荷振幅和載荷頻率下的端面扭動(dòng)摩擦學(xué)性能。以端面扭動(dòng)摩擦磨損試驗(yàn)裝置為基礎(chǔ)，通過(guò)改進(jìn)壓力加載裝置，使其能夠滿足實(shí)驗(yàn)所需要的載荷，實(shí)現(xiàn)了對(duì)動(dòng)態(tài)載荷下端面扭動(dòng)磨損環(huán)境的準(zhǔn)確模擬。利用該試驗(yàn)裝置對(duì)比分析載荷振幅、載荷頻率對(duì)MC尼龍復(fù)合材料端面扭動(dòng)摩擦學(xué)行為的影響。采用ANSYS有限元軟件對(duì)扭動(dòng)過(guò)程進(jìn)行仿真，分析等效應(yīng)力及其分布、摩擦應(yīng)力、接觸狀態(tài)接觸力學(xué)行為。取得如下主

2、要結(jié)論：
　　1、在靜態(tài)載荷下，MC尼龍復(fù)合材料端面扭動(dòng)T-θ曲線隨著循環(huán)次數(shù)的增加，均呈現(xiàn)出平行四邊形，接觸區(qū)域處于完全滑移狀態(tài)；動(dòng)態(tài)載荷下，各工況下的T-θ曲線在橢圓和平行四邊形之間反復(fù)轉(zhuǎn)化，對(duì)應(yīng)的扭動(dòng)機(jī)制從部分滑移到完全滑移不斷轉(zhuǎn)變，隨載荷振幅增加，扭動(dòng)更易運(yùn)行于完全滑移狀態(tài)。靜態(tài)載荷時(shí)，摩擦扭矩在較短的時(shí)間內(nèi)就進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)；動(dòng)態(tài)載荷下摩擦扭矩最終保持在微小范圍內(nèi)波動(dòng)。磨損中間區(qū)域以粘著磨損為主，且隨載荷振幅增加不斷加??；邊

3、緣區(qū)域磨損機(jī)理以疲勞磨損為主，并伴隨塑性變形，載荷振幅增加，接觸界面承受更強(qiáng)的交變應(yīng)力，導(dǎo)致塑形變形增強(qiáng)，造成更嚴(yán)重的磨損。通過(guò)ANSYS計(jì)算得到，在靜態(tài)載荷下，最大Von Mises stress位置不發(fā)生變化；在動(dòng)態(tài)載荷下，最大Von Mises stress向中間區(qū)域移動(dòng)，且最大Von Mises stress存在很大的突變，使得接觸邊緣萌生裂紋，這與實(shí)驗(yàn)中邊緣區(qū)域產(chǎn)生的裂紋的結(jié)果相一致；接觸狀態(tài)的變化規(guī)律與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合。

4、>　　2、載荷頻率與扭動(dòng)頻率不重合時(shí)，各工況下T-θ曲線在橢圓形和平行四邊形間轉(zhuǎn)變，接觸界面處于部分滑移和完全滑移狀態(tài)，隨載荷頻率增加，T-θ曲線以平行四邊形為主，整個(gè)接觸區(qū)域處于完全滑移狀態(tài)。隨循環(huán)次數(shù)的增加，摩擦扭矩先增大后保持穩(wěn)定，載荷頻率越高，穩(wěn)定階段摩擦扭矩越大，對(duì)應(yīng)的最大摩擦耗散能亦越大。高載荷頻率下，材料的表面應(yīng)變較快，導(dǎo)致材料的韌性降低，屈服強(qiáng)度下降，表面更容易產(chǎn)生疲勞裂紋，使得材料更容易脫落，磨損量較大，造成磨損加重。

5、仿真結(jié)果顯示，各工況下，接觸狀態(tài)呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)的變化，處于部分滑移時(shí)，載荷頻率增大，粘著區(qū)域減小，滑移區(qū)域增大，導(dǎo)致接觸界面的磨損加重，最大摩擦應(yīng)力出現(xiàn)粘滑交界位置，此位置是最容易萌生裂紋的位置；處于完全滑移時(shí)，摩擦應(yīng)力分布不同及大小不同，導(dǎo)致磨損的不同，隨載荷頻率的增加，摩擦應(yīng)力逐漸向中心區(qū)域移動(dòng)，使得中心區(qū)域的磨損逐漸增加，造成高載荷頻率下的磨損更為嚴(yán)重，仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果相對(duì)應(yīng)。
　　3、載荷頻率與扭動(dòng)頻率重合時(shí)，隨著重合比

6、的增加，T-θ曲線以平行四邊形為主，扭動(dòng)運(yùn)行于完全滑移狀態(tài)；穩(wěn)定階段摩擦扭矩與載荷頻率成線性增加，磨損量與重合比成正比線性關(guān)系；頻率重合能誘發(fā)產(chǎn)生更高的頻率，使接觸界面應(yīng)變加快，摩擦力變化的劇烈程度也越大，接觸界面的切向應(yīng)力變化亦越劇烈，MC尼龍亞表面的基體崩潰越嚴(yán)重造成嚴(yán)重的疲勞磨損；仿真結(jié)果表明，當(dāng)法向載荷最大時(shí)，隨著重合比的增加，接觸狀態(tài)從部分滑移逐漸向完全滑移狀態(tài)轉(zhuǎn)變，當(dāng)法向載荷處于最小值時(shí)，接觸狀態(tài)均處于完全滑移狀態(tài)；隨著重合