干摩擦和水润滑条件下等静压石墨和碳石墨摩擦学性能的对比研究

研究了等静压石墨和碳石墨在干摩擦和水润滑条件下的摩擦学性能.采用销-盘摩擦磨损试验机进行等静压石墨和碳石墨的摩擦学实验.通过摩擦系数和磨损率来评估两类材料的摩擦学性能,通过磨损形貌来分析其磨损机理.实验结果表明,在干摩擦条件下,等静压石墨的摩擦系数大于碳石墨的摩擦系数,而等静压石墨的磨损率低于碳石墨的磨损率.在水润滑条件下,等静压石墨的摩擦系数和磨损率明显降低.等静压石墨的磨损形式主要是磨粒磨损,碳石墨的磨损形式主要是剥落磨损.最后,系统地分析了等静压石墨在干摩擦和水润滑条件下的磨损机理.

等静压石墨抗空蚀性能分析

通过冷等静压工艺制备了孔隙率为8%和14%的等静压石墨,通过超声振动空蚀试验系统对等静压石墨的抗空蚀性能进行了研究,采用等静压石墨的体积损失和表面破坏形貌揭示其抗空蚀性能.空蚀试验结果表明:超声振动14 h后,与普通碳石墨相比,孔隙率为8%和14%的等静压石墨体积损失分别为普通碳石墨的35%和46%;孔隙率为8%的等静压石墨表现出更强的抗空蚀能力,且等静压石墨的抗空蚀能力随着孔隙率的降低而增加;等静压石墨空蚀破坏的机制是冲击波和微射流作用下等静压石墨材料的脆性断裂;由于粒度小、组织均匀及硬度高,低孔隙率的等静压石墨表现出良好抗空蚀性能.

考虑弹塑性变形机制的结合面法向接触刚度建模

基于接触分形理论及MB模型,综合考虑弹性接触变形、塑性接触变形和弹塑性接触变形的两个不同阶段,建立了结合面法向接触刚度分形模型;模型的仿真结果表明：弹塑性接触变形机制对结合面法向接触刚度具有重要影响,且考虑了弹塑性接触变形机制的法向接触刚度大于仅考虑弹性和塑性接触变形机制的法向接触刚度;无量纲法向接触刚度随着无量纲法向接触载荷的增大而增大,且因分形维数取值不同而呈较强的非线性关系（分形维数D取1.1~1.4）或近似线性关系（分形维数D取1.4~1.9）;无量纲法向接触刚度随着分形维数的增大而增大（分形维数D取1.1~1.6）及分形维数的增大而减小（分形维数D取1.6~1.9）;无量纲法向接触刚度随着无量纲分形粗糙度的增大而减小,随着塑性指数的增大而增大。实验实例验证了模型的正确性。

基于分形理论的结合面改进接触模型

提出了一种基于分形理论的结合面改进接触模型,并通过对所建模型的仿真,直观地揭示了结合面法向接触刚度与结合面法向载荷、结合面分形维数D、结合面分形特征尺度参数G之间复杂的非线性关系。仿真结果表明,法向接触刚度随着法向载荷增大而增大,随着G的增大而减小,随着D的变化规律比较复杂,同时表明该模型可以用于结合面法向接触载荷和法向接触刚度的分析与计算。

固定结合面刚度分形模型

基于粗糙表面统计学参数与表面轮廓分形参数之间的关系,给出了结合面等效粗糙表面轮廓分形参数的计算方法;在此基础上,提出了结合面切向接触刚度的修正分形模型;为验证模型的正确有效性,将固定结合面等效为若干个法向和切向接触弹簧单元,其刚度通过相应的接触刚度模型进行计算,进而对文献[9]的结合面实验装置——哑铃模型进行了有限元建模及模态分析,间接证明了接触刚度的正确有效性,并探讨了等效接触弹簧单元的刚度、数量对有限元建模精度的影响。此外,对文献[8]的实验模型进行了有限元建模及谐响应分析,并对实验模型的实测、柔性连接仿真与刚性连接仿真频响曲线进行了对比,进一步证实了在仿真建模过程中考虑结合面接触刚度的必要性。

基于分形理论的结合面法向接触阻尼与损耗因子模型

基于结合面法向阻尼耗能机理及MB接触分形修正模型,提出了一种结合面法向接触阻尼模型及结合面间阻尼损耗因子模型。仿真结果表明,分形维数在较小范围内,法向阻尼与法向总载荷呈微凹弧非线性关系,且随着法向总载荷和分形维数的增大而减小,随着分形尺度参数的增大而增大;分形维数在较大范围内,法向阻尼与法向总载荷呈微凸弧非线性关系,且随着法向总载荷和分形维数的增大而增大,随着分形尺度参数的增大而减小。而结合面损耗因子与法向总载荷呈微凹弧非线性关系且随着法向总载荷的增大而减小,随着分形尺度参数的增大而增大,分形维数在较大值范围内,结合面损耗因子随其增大而增大。

基于分形理论的结合面静摩擦因数改进模型

从理论上提出了一种基于分形理论的结合面静摩擦因数改进模型,表示出结合面静摩擦因数与无量纲法向总载荷之间非线性隐函数关系。仿真结果表明,静摩擦因数f随着法向总载荷P*和材料特性参数φ的增加而增加,随分形特征尺度参数G*的增加而减小,静摩擦因数f与法向总载荷P*呈微凸弧非线性关系;分形维数D在1.1～1.4范围内,静摩擦因数f随着D的增加而增加,在1.5～1.9范围内,静摩擦因数f随着D的增加而减小;研究表明该模型可以用于进行结合面静摩擦因数的预测。

平面结合面切向接触阻尼分形模型及其仿真

基于接触分形理论和结合面接触阻尼耗能机理,以及球体与平面接触时的阻尼耗能理论,建立了平面结合面切向接触阻尼的分形模型,通过数值仿真直观揭示了平面结合面切向接触阻尼耗能与结合面法向载荷以及结合面表面粗糙轮廓分形维数之间的非线性关系.仿真结果表明:平面结合面切向接触阻尼的耗能随着结合面法向载荷的增大而减小;当结合面表面粗糙轮廓分形维数小于等于1.2时,平面结合面切向接触阻尼耗能随结合面表面粗糙轮廓分形维数的增大而增大;当结合面表面粗糙轮廓分形维数大于1.2时,平面结合面切向接触阻尼耗能随结合面表面粗糙轮廓分形维数的增大而减小.仿真结果验证了模型的有效性.