不同加载条件下柱面/平面微动磨损有限元分析

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。

交变双轴加载下钛合金微动磨损的仿真及试验研究

微动磨损是导致机械连接结构失效的主要形式之一。目前大多数研究都在恒定法向接触载荷工况下开展。然而实际工程中,广泛存在着可变法向载荷和轴向载荷的多轴加载工况,导致目前恒定法向载荷下微动磨损的研究结果不能很好地解释多轴交变加载工况下的微动磨损行为。因此,以钛合金的微动磨损为例,进行了交变双轴加载下微动磨损的仿真分析和试验测试研究。首先,建立了受循环交变双轴加载作用下的微动磨损模型;然后,对不同法向载荷幅值、位移载荷幅值、双轴加载相位差下的微动磨损行为进行了仿真,并根据Q-P曲线分析方法对这些复杂微动情况下的微动磨损机制进行了讨论;最后,在双轴加载的微动磨损试验机上进行了双轴微动磨损试验,验证了该有限元模型磨损形貌的合理性。研究结果表明:交变法向载荷的磨损形貌不同于恒定法向载荷的磨损形貌,交变下法向载荷均值与恒定法向载荷保持不变,交变法向载荷下的磨损深度及宽度均大于恒定法向载荷下的磨损深度及宽度。位移幅值和相位差一定,随着法向载荷幅值的增大,磨损宽度和深度均增加,磨损形貌由“W”型转变为“W+V”型;法向载荷幅值和相位差一定,磨损宽度和深度均随位移幅值的增大而增大;法向载荷幅值和位移幅值一定,改变双轴加载相位差,0°相位差最大磨损深度出现在接触后缘,180°相位差最大磨损深度出现在接触前缘,90°和270°相位差的前、后缘磨损深度极大值接近。