基于C17200与34CrNiMo6材料的摩擦磨损特性与数值模拟研究

目的 探究干摩擦下载荷与速度对于C17200与34CrNiMo6材料摩擦学特性的影响,以探寻C17200材料作为风力机制动闸片的可行性,开展考虑表面粗糙度和接触压力分布不均因素的磨损深度的数值模拟。方法 以C17200与34CrNiMo6材料组成销–盘摩擦副,基于风力发电机的制动工况,利用试验探究其摩擦学特性与磨损机理。在ABAQUS中建立三维销–盘平面/平面磨损模型,设置不同载荷与速度,基于销–盘摩擦副理论模型与UMESHMOTION子程序,结合ALE自适应网格技术,对不同工况下的表面磨损深度进行数值计算,通过试验验证提出的理论模型的合理性。结果 在载荷为3 MPa时,随速度的增加,平均摩擦系数先减小、后增加,速度为125.664 mm/s时,平均摩擦系数取最小值0.575;在速度为62.832 mm/s时,随载荷的增大,平均摩擦系数近似线性增大。载荷为1.5MPa时,平均摩擦系数取最小值0.509。C17200与34CrNiMo6试样的磨损量随速度与载荷的增大而增大,但转速对于磨损量的影响更大。C17200与34CrNiMo6的磨损机理主要为粘着磨损和磨粒磨损。C17200材料磨损深度的模拟结果与试验结果的最大误差为4.7%。结论 C17200材料作为风力机主轴制动闸片材料具有可行性。提出的销–盘磨损理论模型的模拟结果与试验结果的最大误差小于5%,应用提出的销–盘磨损模型更加符合实际磨损状态,在保证计算效率的同时具有较高精度,对类似销–盘摩擦副材料磨损量的计算与预测具有一定参考意义。

温度场对于销-盘摩擦副的应力与磨损机理的影响

为探究摩擦热的作用对C17200与34CrNiMo6销-盘摩擦副的磨损机理与应力的变化规律和分布的影响,基于销-盘应力与传热分析理论模型,利用ABAQUS软件建立三维销-盘模型,进行应力的数值计算与温度场的热力学模拟,分析应力与温度场的分布特点、变化规律,以及温度场对于销-盘摩擦副磨损机理与应力的影响。结果表明:销-盘摩擦副的磨损机理主要为黏着磨损与磨粒磨损,摩擦热会使销-盘摩擦面出现热斑及灼烧现象;销-盘试样的节点温度随模拟时间的延长而增大,随着摩擦时间的延长,摩擦轨迹上将出现热点;销与盘的应力分布规律类似,应力在静载荷时呈现中间小边缘大的分布特点,摩擦过程中分别在销与盘的上顶面与内环面出现明显的应力集中。摩擦半径处的热应力与温度均为“锯齿状”变化,耦合较好。分析了摩擦热作用对于C17200与34CrNiMo6材料磨损机理的影响,为C17200与34CrNiMo6材料的热力学研究与销-盘摩擦副的温度场模拟提供参考。