自润滑纤维织物复合材料及其在关节轴承中的应用研究现状与展望

自润滑关节轴承是1种球面滑动轴承,因其结构简单、承载能力强、可靠性高以及免维护(不需要润滑油脂)等优异性能受到广泛关注.目前,自润滑关节轴承已广泛应用于飞机发动机、起落架、机体襟副翼以及直升机旋翼系统,其在航天飞行器、汽车、核电和水利水电等领域中的应用也越来越多.随着高端装备极限性能不断提升,对自润滑轴承的服役性能及寿命要求越来越高.因此,自润滑关节轴承寿命提升、损伤失效机制和轴承寿命预测等方面的研究变得尤为重要.本文中从摩擦学视角出发,总结了自润滑关节轴承用自润滑纤维织物复合材料的研究现状,包括织物坯布组织结构、增强纤维、树脂基体、功能增强材料以及纤维-树脂界面改性等内容.此外,文中还介绍了自润滑关节轴承寿命评价方面的研究进展,包括自润滑关节轴承试验规范及产品标准、轴承寿命试验及预测、轴承寿命及可靠性影响因素.最后对关节轴承用自润滑纤维织物复合材料的重点研究方向进行了展望.

自润滑织物复合材料力学预测及实验验证

利用有限元模型对自润滑织物复合材料的拉伸强度进行预测,得到了复合材料的磨损率预测模型。采用TexGen建立了自润滑织物复合材料的单胞有限元模型,利用ABAQUS对复合材料的拉伸进行了有限元模拟,最后通过实验验证了复合材料的拉伸强度。结果表明,复合材料经向模拟值与实验值差异率为6.71%,纬向差异率为5.51%,从而说明复合材料有限元模型具有较高的可靠性。从拉伸应力云图可得复合材料的拉伸强度由拉伸方向的纤维的弹性模量决定。在此基础上对自润滑织物复合材料的磨损率及摩擦磨损机制分析,建立复合材料的拉伸强度与磨损率之间的映射关系,预测模型得到的磨损率预测值与实验结果的平均差异率为8.43%,表明体积磨损率预测模型的可靠性。