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TC4合金在不同表面强化状态下的微动磨损性能研究

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表面技术 2022年第7期51卷 127-140页

作者：刘柏王宁朱金龙郝世奇张显程华东理工大学承压系统与安全教育部重点实验室上海200237

目的研究喷丸(SP)及表面超声滚压(USRP)强化后摩擦系数、残余应力场及塑性应变场对TC4合金微动磨损性能的影响。方法分别对TC4合金表面进行SP及USRP强化处理,通过试验测得强化前后的表面粗糙度、残余应力以及显微硬度。基于改进的Archar... 详细信息

目的研究喷丸(SP)及表面超声滚压(USRP)强化后摩擦系数、残余应力场及塑性应变场对TC4合金微动磨损性能的影响。方法分别对TC4合金表面进行SP及USRP强化处理,通过试验测得强化前后的表面粗糙度、残余应力以及显微硬度。基于改进的Archard磨损方程,在ABAQUS有限元软件中建立微动磨损的二维柱面/平面接触模型,借助ABAQUS中的子程序SIGINI和HARDINI分别将残余应力场、塑性应变场引入到表征微动磨损的UMESHMOTION子程序中,从而探究表面强化后摩擦系数、残余应力场以及塑性应变场对平面微动磨损性能的影响。结果原试样经SP强化后,表面粗糙度增加,而经USRP强化后,表面粗糙度得以改善。经SP和USRP强化后,试样的显微硬度分别为原试样的1.28倍和1.23倍。TC4合金经USRP处理后,最大残余应力为–550 MPa,而SP处理后为–380 MPa。引入残余应力场后,试样的磨损深度明显减少,相比原试样,USRP、SP试样的磨损深度分别降低15%、10%。引入塑性应变场后,TC4合金的磨损深度降低了约6%。结论相同载荷条件下,摩擦系数越大,磨损越严重。磨损轮廓会随着摩擦系数的增大而逐渐往外侧偏移,接触中心区域的磨损深度也随着摩擦系数的增大而越来越深。塑性形变行为会随着摩擦系数的增加而变得明显,且最终会使得塑性变形的区域变得越来越大。引入残余应力场和塑性应变场后,磨损量均会减小,残余应力的影响更为显著。通过微动疲劳试验发现,加入微动磨损作用后,试样寿命显著降低,USRP试样的抗磨损性能最显著。

关键词：表面强化微动磨损残余应力场塑性应变场 UMESHMOTION子程序

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粗糙表面扭动微动磨损数值研究

机械强度 2022年第3期44卷 731-736页

作者：刘金生刘娟沈火明西南交通大学力学与工程学院成都610031

基于三维W-M分形函数利用SolidWorks建立三维粗糙表面,同时利用Abaqus用户子程序umeshmotion引入能量磨损准则,建立了三维球-粗糙面接触下的扭动微动数值模型,研究初始表面粗糙度对扭动微动摩擦磨损过程的影响。首先利用G-W模型的无量... 详细信息

基于三维W-M分形函数利用SolidWorks建立三维粗糙表面,同时利用Abaqus用户子程序umeshmotion引入能量磨损准则,建立了三维球-粗糙面接触下的扭动微动数值模型,研究初始表面粗糙度对扭动微动摩擦磨损过程的影响。首先利用G-W模型的无量纲化接触面积解析解验证了粗糙面模型的合理性,同时通过与实验的磨损结果进行对比,进而验证了数值模型对扭动微动磨损预测的精确性和有效性。分析结果表明:表面粗糙度的改变对于扭动微动磨损有着显著的影响,其中磨损体积、摩擦耗散能以及磨损率都随着表面粗糙度的增加而增加,即在同等微动条件下会加剧表面磨损;摩擦激活能随着表面粗糙度的增加而减小,越粗糙的表面磨损激活的阙值越低,故减小初始表面粗糙度可有效降低扭动微动磨损。

关键词：扭动微动能量磨损法则 UMESHMOTION子程序磨损激活能

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直升机浮动渐开线花键微动磨损影响因素分析

航空动力学报 2021年第4期36卷 751-766页

作者：肖立徐颖强陈智勇史新鑫李明旭西北工业大学机电学院西安710072

为探究不同磨损影响因素对浮动花键磨损的影响程度,基于能量耗散理论,建立了花键副微动磨损预测模型,分析了扭矩、载荷波动、花键材料、摩擦因数、轴向不对中以及角向偏心对浮动花键的磨损影响规律;同时建立熵权-模糊关联分析模型,客观... 详细信息

为探究不同磨损影响因素对浮动花键磨损的影响程度,基于能量耗散理论,建立了花键副微动磨损预测模型,分析了扭矩、载荷波动、花键材料、摩擦因数、轴向不对中以及角向偏心对浮动花键的磨损影响规律;同时建立熵权-模糊关联分析模型,客观分析了不同磨损影响因素对花键磨损的关联程度。结果显示:基于能量耗散的微动磨损模型所计算的花键齿顶、齿中以及齿根位置处最大磨损深度的计算误差分别低于6.9%、2.4%和14%。轴向不对中下部分花键磨损位置从齿根往齿中位置偏移;角向偏心使得花键两端接触不良,导致两端磨损分布不均。同时发现角向偏心、轴向不对中以及材料对花键副的磨损影响程度较大,为浮动渐开线花键抗磨损方法研究提供技术支撑。

关键词：浮动渐开线花键微动磨损能量耗散 UMESHMOTION子程序熵权-模糊灰色关联

孔隙率对风电滑动轴承激光熔覆涂层摩擦磨损性能的影响

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轴承 2024年

作者：张益林沈意平张亚宾卫芬鲁学良湖南崇德科技股份有限公司湖南科技大学机电工程学院湖南科技大学机械设备健康维护湖南省重点实验室

本文研究了不同孔隙率风电滑动轴承CuSn12Ni2激光熔覆耐磨涂层摩擦磨损性能，通过微观组织平均视场法测定了涂层孔隙率，开展了干摩擦和油润滑条件下不同孔隙率涂层摩擦磨损实验。运用Archard磨损公式并基于UMESHMOTION子程序，在ABAQU... 详细信息

本文研究了不同孔隙率风电滑动轴承CuSn12Ni2激光熔覆耐磨涂层摩擦磨损性能，通过微观组织平均视场法测定了涂层孔隙率，开展了干摩擦和油润滑条件下不同孔隙率涂层摩擦磨损实验。运用Archard磨损公式并基于UMESHMOTION子程序，在ABAQUS中模拟了不同孔隙率涂层摩擦磨损过程。研究表明：在干摩擦和油润滑条件下涂层的磨损形式为粘着磨损和磨粒磨损，孔隙率越高涂层磨粒磨损越明显；低载荷下涂层磨痕位置硬度增幅、磨损深度、磨损宽度以及磨损率与孔隙率呈正相关，涂层表面硬度、摩擦因数标准差、摩擦因数平均值与孔隙率呈反相关，孔隙缺陷不利于涂层摩擦磨损性能；高载荷下不同孔隙率涂层摩擦因数标准差、摩擦因数平均值较为接近，加载载荷越大孔隙率对涂层摩擦磨损性能的影响越小。

关键词：风电滑动轴承激光熔覆涂层孔隙率摩擦磨损性能 UMESHMOTION子程序

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微动磨损形貌与接触应力场耦合机制仿真分析

机床与液压 2023年

作者：韩怡茗李欣刘乐强杨建伟北京建筑大学机电与车辆工程学院

微动磨损是影响机械关键结构的主要失效形式，为研究磨损形貌和应力场的演化过程及耦合机制，用ABAQUS建立了柱面/平面有限元接触模型，并基于Archard磨损公式对微动磨损形貌与接触应力场演化过程进行了仿真，进一步对微动磨损过程中磨... 详细信息

微动磨损是影响机械关键结构的主要失效形式，为研究磨损形貌和应力场的演化过程及耦合机制，用ABAQUS建立了柱面/平面有限元接触模型，并基于Archard磨损公式对微动磨损形貌与接触应力场演化过程进行了仿真，进一步对微动磨损过程中磨损形貌和应力场的耦合机制进行了分析讨论。局部滑移下，磨损形貌呈“W”型，随着循环次数的增加，接触宽度和磨损深度略有增加，接触区最大正应力和切应力略有增大。全局滑移下，磨损形貌呈“U”型，且随着循环次数的增加，磨损形貌显著变宽、变深，接触区正应力和切应力的应力场分布逐渐变宽变扁。通过研究微动磨损形貌和接触应力场的演化过程及耦合机制，为不同微动运行机制下磨损行为和应力场演化提供有效的分析方法。

关键词：柱面/平面接触微动磨损 Archard模型 UMESHMOTION子程序接触应力场

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核电蒸汽发生器传热管微动磨损数值研究

核电蒸汽发生器传热管微动磨损数值研究

作者：谭升旭西南交通大学

学位级别：硕士

核蒸汽发生器中的传热管是核电设备的关键部件,管内流致振动的存在使得传热管与支撑板在连接处发生各种形式的微动磨损,久而久之会导致传热管局部因磨损而减薄甚至破裂,进而极大地危及核电站安全运行。然而,由于核传热管服役环境的复杂... 详细信息

核蒸汽发生器中的传热管是核电设备的关键部件,管内流致振动的存在使得传热管与支撑板在连接处发生各种形式的微动磨损,久而久之会导致传热管局部因磨损而减薄甚至破裂,进而极大地危及核电站安全运行。然而,由于核传热管服役环境的复杂性,其微动磨损演化过程中的影响机制尚未完全揭示。本文以核电蒸汽发生器传热管微动磨损为主要研究对象,建立核传热管切向磨损、冲滑磨损、热力耦合模型,旨在通过数值模拟,分析核传热管切向微动磨损,冲滑微动磨损以及摩擦过程中的热效应,探究法向载荷、微动幅值、微动循环周期、服役条件等对磨损过程中磨损形貌、磨损量、摩擦应力、摩擦耗散能、摩擦生热的影响。该研究能为减少核传热管微动磨损提供理论参照,对提高核传热管部件的可靠性,确保核反应堆的安全运行具有实际意义。具体研究成果如下:1.构建了核传热管微动磨损数值模型,编制了UMESHMOTION子程序,引入基于ALE自适应的能量磨损有限元方法,实现了磨损的演化过程,分析了核传热管微动磨损的力学机理。通过将有限元结果与实验结果进行比较,验证了核传热管磨损模型的合理性和准确性。2.建立了核传热管切向微动磨损有限元模型,对核传热管切向微动磨损行为进行数值研究,模拟了不同微动运行状态下磨损的演化过程以及初始接触表面应力变化,通过一系列图形结果呈现了法向载荷、微动幅值对接触表面磨损轮廓演化、应力分布、相对滑移距离、磨损体积、摩擦耗散能、接触面积的影响,探讨了不同服役条件下核传热管切向微动磨损的力学响应。3.建立了核传热管冲滑微动磨损有限元模型,通过引入Dload子程序施加冲击载荷,实现了三种冲滑组合加载模式下核传热管微动磨损,探究了法向冲击载荷、切向微动幅值对接触表面磨损轮廓演化、摩擦耗散能、磨损体积的影响。4.对核传热管微动磨损过程中的摩擦生热进行数值研究,借助Fric子程序,开展了高循环次数下接触表面温升分布的研究,探究了核传热管微动磨损过程中热力学行为,阐释了温升对微动磨损力学机理的影响。

关键词：核传热管微动磨损数值研究能量磨损模型 UMESHMOTION子程序

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材料磨损系数的测定方法及试验

沈阳建筑大学学报（自然科学版） 2020年第5期36卷 910-916页

作者：李颂华李爽张宇曲秋红沈阳建筑大学机械工程学院辽宁沈阳110168 沈阳建筑大学高档石材数控加工装备与技术国家地方联合工程实验室辽宁沈阳110168

目的为弥补目前磨损系数值均为近似值而非真实值,提出一种能够获得摩擦副真实磨损系数的可靠方法.方法开展氮化硅圆柱销与块体的磨损试验,获得块体磨损深度及表面形貌;基于有限元数值仿真与UMESHMOTION子程序相结合实现氮化硅摩擦副磨... 详细信息

目的为弥补目前磨损系数值均为近似值而非真实值,提出一种能够获得摩擦副真实磨损系数的可靠方法.方法开展氮化硅圆柱销与块体的磨损试验,获得块体磨损深度及表面形貌;基于有限元数值仿真与UMESHMOTION子程序相结合实现氮化硅摩擦副磨损过程仿真分析;通过试验磨损形貌及深度与仿真磨损形貌及深度的对比,确定氮化硅材料的真实磨损系数.结果通过以上方法确定在接触载荷为40 N,干摩擦条件下,氮化硅陶瓷材料的磨损系数为1.825×10-7 MPa-1,与磨损系数的估计值(1.15×10-8 MPa-1)相比,准确率提高了59%.结论有限元方法能够考虑摩擦副接触界面各点处的局部压力,重现磨损试验的真实过程,因此采用有限元数值仿真与磨损试验相结合的方法能够有效、可靠地获得材料的真实磨损系数.

关键词：磨损系数氮化硅陶瓷 UMESHMOTION子程序有限元

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加载相位差对微动磨损影响的数值模拟研究

表面技术 2018年第9期47卷 93-100页

作者：李玲麻诗韵阮晓光康乐蔡安江西安建筑科技大学机电工程学院西安710055

目的研究不同加载相位差下微动磨损量随切向载荷幅值的变化规律。方法在ABAQUS中建立柱面/平面微动磨损模型,设置不同的加载相位差,结合能量模型和UMESHMOTION子程序,进行仿真试验,对不同情况下的磨损深度进行仿真分析。结果法向载荷、... 详细信息

目的研究不同加载相位差下微动磨损量随切向载荷幅值的变化规律。方法在ABAQUS中建立柱面/平面微动磨损模型,设置不同的加载相位差,结合能量模型和UMESHMOTION子程序,进行仿真试验,对不同情况下的磨损深度进行仿真分析。结果法向载荷、位移载荷和应变载荷取定值时,0°相位差的磨损深度最小,180°相位差的磨损深度最大,90°和270°相位差的磨损深度相同,且介于二者之间;当法向载荷和位移载荷为定值时,0°相位差的磨损深度随应变载荷的增大而减小,90°相位差的磨损深度不受应变载荷幅值的影响,180°相位差的磨损深度随应变载荷的增大而增加,且接触状态由部分滑移向完全滑移逐渐过渡;当法向载荷和应变载荷一定时,随位移载荷的增加,各相位差下磨损宽度和磨损深度都呈现出增大的趋势;在部分滑移状态下,当应变载荷较大时,0°相位差的最大磨损深度发生在接触区后缘,180°相位差的最大磨损深度发生在接触区前缘,90°相位差的前、后缘磨损深度极大值接近。结论两切向载荷间加载相位差对磨损深度随切向载荷幅值变化的趋势影响明显,0°相位差的磨损深度最小,相位差对最大磨损深度的产生位置也有影响。

关键词：柱面/平面磨损模型相位差微动磨损能量模型 UMESHMOTION子程序

不同加载条件下柱面/平面微动磨损有限元分析

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机械科学与技术 2018年第12期37卷 1854-1861页

作者：李玲康乐阮晓光蔡安江西安建筑科技大学机电工程学院西安710055

在ABAQUS中建立柱面/平面微动磨损模型,设置不同的加载条件,分析接触区域的接触应力和相对滑移距离,获得了区分两种滑移状态的临界函数。结合能量模型和FORTRAN语言编写适用于本模型的UMESHMOTION子程序,实现了磨损表面节点的动态更新,... 详细信息

在ABAQUS中建立柱面/平面微动磨损模型,设置不同的加载条件,分析接触区域的接触应力和相对滑移距离,获得了区分两种滑移状态的临界函数。结合能量模型和FORTRAN语言编写适用于本模型的UMESHMOTION子程序,实现了磨损表面节点的动态更新,建立了动态磨损模型。通过对不同情况下磨损深度和磨损体积的仿真分析,获得结论:随循环次数的增加,磨损深度、磨损宽度和磨损体积都随着增大,部分滑移状态的磨损体积远小于完全滑移状态的磨损体积;循环次数和法向载荷为定值时,随位移幅值的增加,磨损宽度、磨损深度和磨损体积都随着增大,部分滑移状态的磨损体积很小且增长缓慢,完全滑移状态的磨损体积增长迅速;循环次数和位移幅值为定值时,在完全滑移状态,随法向载荷的增加,磨损深度和磨损体积先增大再减小;在磨损体积先增大再减小的过程中,存在一个最大值,对应的法向载荷和位移幅值称为危险加载条件,通过揭示不同位移幅值时危险加载条件的变化规律,为避免该条件的出现提供了理论依据。

关键词：柱面/平面接触微动磨损能量模型 UMESHMOTION子程序动态磨损模型