凹坑型仿生非光滑表面的熱結構分析及耐磨性的機理研究.pdf

1、磨損是材料和機械設備失效的主要原因之一，會造成能源和材料的浪費，帶來極大的經濟和資源損失。磨損過程中有多種作用因素，熱效應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關系等特性和材料微結構的變化。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為研究對象，用有限元分析軟件ANSYS的熱結構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構特征，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的應用提供了理論借鑒和試驗數據。
　　 本文根據現實加工中的工藝條件、分析處理中的硬件裝備和現有的文獻參考，以凹坑的幾何尺寸和距離分布為目標，通過正交試驗設計了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值模擬分析。在數學模型上選用增廣拉格朗日乘子算法來實現摩擦副之間的接觸關系，用熱彈性理論實現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、應力等的指標差異性，對非光滑表面的性質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力普遍有所降低，溫度和應力分布更加分散，但有部分位置溫度和應力高于光滑表面；(2)在正交設計的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)對試驗結果數據進行極差分析，

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)對凹坑周圍及內部的節(jié)點進行分析，認為凹坑的存在對結構熱耦合特性的影響主要在于凹坑造成結構整體的剛性下降，整體應變，特別是凹坑附近應變加大，吸收了一部分滑動摩擦能量，而且凹坑間存在