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模拟生非光滑通孔耐磨机制流体型的研究

   2018-06-04 10
核心提示: 整体上2种试件的应力底面大于顶面,呈现从下到上递增分布,说明应力主要由摩擦产生。二者的前后底边附近均产生应力集中现象,且

  整体上2种试件的应力底面大于顶面,呈现从下到上递增分布,说明应力主要由摩擦产生。二者的前后底边附近均产生应力集中现象,且主要产生于前底边,后底边处程度很小不作讨论。说明摩擦过程中摩擦力分布很不均匀,应力主要集中于试件前部,是影响试件摩擦磨损性能的主要因素。但对于前部应力集中区2种试件差别很大,平板试件的应力集中区域明显大于非光滑试件,约占试件的1/8体积,区域内有明显的应力梯度现象,应力由1.055MPa递减至0.469MPa,使局部较大的区域内处在应力很大的状态下,导致试件的整体应力分布不均匀。摩擦过程中此区域易先发生磨损破坏,同时产生很强的牵连作用,导致其它区域发生严重的磨损。而非光滑试件虽然也有应力集中现象,应力最大值为1068MPa左右,比平板试件应力最大值稍大,但影响区域非常小,可以达到忽略不计的程度,不会对试件的摩擦磨损性能产生影响。在非应力集中区,平板试件的应力在0.235-0.352MPa范围内变化,大部分区域应力为0.352MPa.而非光滑试件几乎处在0.356MPa一种应力状态下,虽在各部分通孔区域增至0533MPa,但影响范围小,且前后对称分布。从整体应力分布看,平板试件由于应力集中区域的影响不可忽略,使应力在较大的范围内波动,波动幅度约为78%,而非光滑试件可忽略应力集中区的影响,应力波动幅度约为33%.可见平板试件的应力波动远大于非光滑试件,整体受力不均匀,易产生不均匀变形,使摩擦面接触不良,摩擦状态不稳定,导致磨损加剧。非光滑试件整体受力均匀,接触状态好。

  分析其原因,平板试件对外力响应慢,易产生应力集中,由于应力不能很快分布到整个试件,而出现明显的应力梯度过渡区域,进一步加剧应力集中的影响范围。仿生非光滑试件却能将应力集中现象很快消除,说明非光滑通孔试件能起到改变应力分布的作用。通常认为在有孔区域,由于尺寸突然变化会引起应力集中现象,而计算中这种现象没有明显表现出来,主要是由于非光滑通孔数量较多且分布均匀、有规律,使应力被各个通孔均分。通孔具有的应力集中能力转变成均匀分布应力的能力。

  摩擦磨损过程摩擦接触应力分析分布,可见2种试件的应力从前向后均呈递减分布,前部均有应力集中现象。其应力分布状况是影响试件摩擦磨损性能的最主要因素。平板试件的应力集中区域约占整个摩擦面积的1/4,且存在明显的应力梯度,应力在0.8-0502MPa范围内波动,明显大于应力为0.125MPa的非集中区。应力集中区的摩擦力远大于非集中区,导致摩擦面摩擦状态存在明显差异,大大降低平板试件的摩擦磨损性能。如此大的应力集中区域,使初期磨损破坏区域增大,对其它区域的牵连作用也随之增大,即使在有油润滑状态下,润滑油也很难通过此区域到达其它的区域,大部分在此区域被消耗,其它区域由于润滑不良而导致磨损的进一步加剧。仿生非光滑试件的应力集中区域面积不到摩擦面积的1/5,明显小于平板试件,应力最大值在1193MPa左右,但作用区域非常小,可忽略。整个应力集中区几乎处在0.276MPa一种水平下,说明即使在应力集中区,非光滑试件的应力分布也十分均匀,且数值小于平板试件。还要看到,应力集中区中的通孔约占其面积的1/2,应力作用面积减少1/2左右,因此应力集中作用效果减小1/2左右,大大降低应力集中对摩擦磨损性能的影响。非集中区域上,应力分布非常均匀,几乎均在0.145MPa左右,与平板试件的0.125MPa相差不大。非光滑试件的接触摩擦应力分布还出现一很有规律现象,即每个孔的前半圆区的应力都在0.014MPa左右,而后半圆区在0.145-0.276MPa之间,这种前小后大的应力分布方式有利于通孔收集来之前方的润滑油,增强后半圆切削掉粘附在摩擦轨迹上的磨粒,改善其润滑状态,减小磨粒磨损。

  

 

 
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