动态载荷下mc尼龙复合材料端面扭动摩擦学行为研究-机械设计及理论专业论文.docx

论文审阅认定书研究生 曹波 在规定的学习年限内，按照研究生培养方案的 要求，完成了研究生课程的学习，成绩合格；在我的指导下完成本学 位论文，经审阅，论文中的观点、数据、表述和结构为我所认同，论 文撰写格式符合学校的相关规定，同意将本论文作为学位申请论文送 专家评审。导师签字：年月日致谢首先要感谢我的导师王世博副教授。从论文的选题、研究方案的设计、论文 观点的提炼、修改、直到最后定稿等诸多方面给予了我莫大的指导和帮助。导师 渊博的学识、严谨的治学态度、一丝不苟的工作作风、令人钦佩的工作效率和敏 锐的洞察力为我树立了良好的榜样，永远值得我去学习。论文完成之际，谨向尊 敬的导师表示我最诚挚的敬意和衷心的感谢！在研究生期间得到了摩擦学与可靠性研究所研究生的帮助和支持。特别感谢 毛勇、滕兵、李倩、马国辉、朱术林和牛成超等同学一直以来对我的帮助、关心 和鼓励，对他们表示真诚的感谢。研究所共同营造出和谐、进取、创新的学术气 氛，使我在研究过程中受益良多。谨向他们表示我由衷的谢意和良好的祝愿！父母为我的成长倾注了太多的心血，我取得的每一点成绩都包含着他们的汗 水与关爱，感谢他们为我所做的一切。在日常的生活中得到了室友朱术林、王备备等的帮助与照顾。谨向他们表示 我由衷的感谢。感谢工作车间各位师傅们的悉心指导与帮助，对他们表示真诚的感谢。 谨以此文献给所有关心和帮助过我的人。祝福我的师长、朋友、家人健康、快乐！最后，对在百忙之中抽出时间参与论文评审和答辩的各位专家和教授表示深 深的谢意。摘要本文以铁路货车转向架为工程背景，研究了其心盘材料(MC 尼龙复合材料) 在不同载荷振幅和载荷频率下的端面扭动摩擦学性能。以端面扭动摩擦磨损试验 装置为基础，通过改进压力加载装置，使其能够满足实验所需要的载荷，实现了 对动态载荷下端面扭动磨损环境的准确模拟。利用该试验装置对比分析载荷振幅、 载荷频率对 MC 尼龙复合材料端面扭动摩擦学行为的影响。采用 ANSYS 有限元 软件对扭动过程进行仿真，分析等效应力及其分布、摩擦应力、接触状态接触力 学行为。取得如下主要结论：1、在静态载荷下，MC 尼龙复合材料端面扭动 T-θ曲线随着循环次数的增加， 均呈现出平行四边形，接触区域处于完全滑移状态；动态载荷下，各工况下的 T-θ曲线在椭圆和平行四边形之间反复转化，对应的扭动机制从部分滑移到完全 滑移不断转变，随载荷振幅增加，扭动更易运行于完全滑移状态。静态载荷时， 摩擦扭矩在较短的时间内就进入稳定状态；动态载荷下摩擦扭矩最终保持在微小 范围内波动。磨损中间区域以粘着磨损为主，且随载荷振幅增加不断加剧；边缘 区域磨损机理以疲劳磨损为主，并伴随塑性变形，载荷振幅增加，接触界面承受 更强的交变应力，导致塑形变形增强，造成更严重的磨损。通过 ANSYS 计算得 到，在静态载荷下，最大 Von Mises stress 位置不发生变化；在动态载荷下，最 大 Von Mises stress 向中间区域移动，且最大 Von Mises stress 存在很大的突变， 使得接触边缘萌生裂纹，这与实验中边缘区域产生的裂纹的结果相一致；接触状 态的变化规律与实验结果相吻合。2、载荷频率与扭动频率不重合时，各工况下 T-θ曲线在椭圆形和平行四边 形间转变，接触界面处于部分滑移和完全滑移状态，随载荷频率增加，T-θ曲线 以平行四边形为主，整个接触区域处于完全滑移状态。随循环次数的增加，摩擦 扭矩先增大后保持稳定，载荷频率越高，稳定阶段摩擦扭矩越大，对应的最大摩 擦耗散能亦越大。高载荷频率下，材料的表面应变较快，导致材料的韧性降低， 屈服强度下降，表面更容易产生疲劳裂纹，使得材料更容易脱落，磨损量较大， 造成磨损加重。仿真结果显示，各工况下，接触状态呈现出动态的变化，处于部 分滑移时，载荷频率增大，粘着区域减小，滑移区域增大，导致接触界面的磨损 加重，最大摩擦应力出现粘滑交界位置，此位置是最容易萌生裂纹的位置；处于 完全滑移时，摩擦应力分布不同及大小不同，导致磨损的不同，随载荷频率的增 加，摩擦应力逐渐向中心区域移动，使得中心区域的磨损逐渐增加，造成高载荷 频率下的磨损更为严重，仿真结果与实验分析结果相对应。3、载荷频率与扭动频率重合时，随着重合比的增加，T-θ曲线以平行四边I形为主，扭动运行于完全滑移状态；稳定阶段摩擦扭矩与载荷频率成线性增加，磨损量与重合比成正比线性关系；频率重合能诱发产生更高的频率，使接触界面 应变加快，摩擦力变化的剧烈程度也越大，接触界面的切向应力变化亦越剧烈， MC 尼龙亚表面的基体崩溃越严重造成严重的疲劳磨损；仿真结果表明，当法向 载荷最大时，随着重合比的增加，接触状态从部分滑移逐渐向完全滑移状态转变， 当法向载荷处于最小值时，接触状态均处于完全滑移状态；