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《两体磨料磨损的三维动态模拟3》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、第20卷第5期摩擦学学报Vol20,No52000年10月TRIBOLOGYOct,20003两体磨料磨损的三维动态模拟吴国清,张晓峰,方亮,邢建东(西安交通大学机械工程学院,陕西西安710049)摘要:概述了目前存在的几种两体磨料磨损的数学模型.将MonteCarlo方法与数值模拟相结合,提出了一个新的三维仿真模型.运用MonteCarlo方法随机选取磨粒的形状参数,采用打靶法生成随机的磨粒表面,采用网格剖分法记忆被磨表面的外形,为脊的处理以及磨损量的计算提供了一种新的方法,在三维空间内模拟了多个磨粒同时参
2、与磨损的随机的动态磨损过程.将模拟结果和碳钢系列材料的试验结果以及其他研究者的模拟结果进行了比较,验证了模型的有效性.关键词:两体磨料磨损;MonteCarlo方法;数值模拟中图分类号:TH117文章标识码:A文章编号:100420595(2000)0520360205磨料磨损是指硬的磨粒或凸出物在对零件表面均匀分布的随机变量:1的摩擦过程中,使表面材料发生损耗的现象或过程.N′=R(-2lnC1)2cos2PC2+L.(1)[1]Rabinowicz理想化的经典模型提供了关于磨料磨N=(b-a)·C.(2)
3、[2～11]损的定性理论基础.许多研究者分别从不同的式(1和2)中:L、R、a和b为常数,C1、和C2为(0,1)之角度考察了单颗粒磨料在平滑表面上的磨损过程2,但间均匀分布的随机数,N′为正态分布N(L,R)的一个理论预测的磨损率与试验值相差超过1个数量级,且随机变量,N为区间(a,b)上均匀分布的随机变量.不能用于定量分析.张波等[12,13]根据随机过程理论[16～18]运用MonteCarlo法,由式(1)或式(2)随提出了一个纯数学模型,但其过于复杂,难以实现.砂机选取磨粒的位置参数.x2为磨粒在x
4、轴方向上的纸表面形貌的随机性和磨损过程及机理的不确定性坐标值,y2为磨粒在y轴方向上的坐标值,z2为磨粒决定了磨损过程是一个随机事件,因此建立随机模型在z轴方向上的坐标值.形状参数r为半球形磨粒端来描述和求解材料两体磨损的过程显得很重要.Ja2头的球半径,h为锥台高度,d为磨粒直径,H为锥面[14]cobson等建立了两维磨损面内仅限于纯切削过程母线与磨粒中轴线的夹角.采用“打靶法”生成一个随的统计学模型,未涉及“脊”的形成及其对磨损过程的机的磨粒表面,该磨粒表面基本反映砂纸(磨粒表面)影响以及沿滑动方向上的
5、被磨表面的形貌及其变化的空间形貌,更接近于实际情况.我们检验了伪随机对磨损过程的影响,该模型较上述模型更接近于实际数生成方法,并对生成的磨粒数据进行了统计,结果[15]情况.Jiang等考虑多接触条件下的磨损过程对其发现其算术平均值、均方根偏差与理论设定的数学期进行了修正,但仍存在不足.通过比较分析以上磨料望和方差的最大相对误差不超过3‰,符合工程精度磨损模型可见,尽管有了丰富的数据基础和与定性试的要求.验相对应的数学模型,但得出的磨损率计算值与试验1.2磨损过程的确定值相差仍较大.为了更精确地模拟两体磨损过
6、程,需将磨粒表面简化为刚性面,在磨损过程中磨粒的引入更多的影响因素以综合考虑整个磨损过程.形状、磨粒间的相对位置不发生变化;并提出确定两体磨料磨损过程的四点假设:①在被磨表面(试样)1三维数学仿真模型与磨粒表面(砂纸)的相对运动过程中,参与磨损的磨1.1磨粒表面的生成粒及其数量是不断变化的,在被磨表面(试样)边界范由反函数法分别将伪随机数转换为正态分布和围内的磨粒将有可能参与磨损过程;②在载荷一定3教育部留学回国人员基金资助项目(19982679);中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室资助项目(
7、9801).1999211229收到初稿,200022229收到修改稿ö联系人方亮.方亮男,43岁,博士,教授,博士生导师,目前主要从事磨料磨损理论及陶瓷摩擦学方面的研究工作.第5期吴国清等:两体磨料磨损的三维动态模拟361的情况下,参与磨损的每个磨粒在不同时刻所承担的磨粒锥面母线与中轴线的夹角,r0为接触半径.载荷是变化的,但其总载荷值不变;③在某一确定时在实际工况中,磨损是在粗糙表面间进行的,因刻,磨粒表面与被磨表面稳定接触并保持平行,它们而必须对上述公式进行修正.由于粗糙面是随机变化之间的距离是一确定值
8、,且该值随时间而变化;④考的,在弹性、塑性或弹塑性接触条件下,实际接触面积[20]虑单个磨粒磨损的情况,由于切削和塑变,将形成犁均与载荷呈线性关系.图2示出了磨粒与被磨表面沟和挤到两边的脊,犁沟所造成的体积损失与脊的体积之差即为磨损体积损失.1.3对Johnson接触机理的修正Johnson提出,作用在单个颗粒上的载荷与颗粒和接触体的相对针入深度之间的关系(见图1)如下:当D
