滑动摩擦温度场的非线性分析.pdf

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1、2011年7月润滑与密封July2011第36卷第7期LUBRICATIONENGINEERINGVol_36No．7DOI：10．3969／j．issn．0254—0150．2011．07．002滑动摩擦温度场的非线性分析俞建卫魏巍尤涛(合肥工业大学摩擦学研究所安徽合肥230009)摘要：利用三维经典热传导理论对环一面滑动摩擦副温度分布模型进行研究，以紫铜和铸铁为例，在ANSYS中模拟分析其摩擦生热过程，求解温度瞬态分布及接触区温度的变化趋势，并与相同条件下的实验数据进行对比。结果表明：建立的有限元

2、模型能够较好地模拟滑动摩擦生热过程；材料的密度、比热容及导热率对摩擦温度场均存在一定影响，对于密度和比热容相近的紫铜和铸铁2种试样，前者由于导热率高，温度扩散迅速，温度分布梯度明显小于后者。关键词：摩擦副；温度场；非线性；有限元；ANSYS中图分类号：TH117．1文献标识码：A文章编号：0254—0150(2011)7—005—4NonlinearAnalysisofTemperatureFieldofSlidingFrictionYUJianweiWeiWeiYouTao(InstituteofT

3、ribology，HefeiUniversityofTechnology，HefeiAnhui230009，China)Abstract：Thetemperaturedistributionmodelofring—surfaceslidingfrictionpairwasstudiedbytheclassicalheattrans—fertheory．ThefrictionheatgenerationprocessofredcopperandcastironwassimulatedinANSYS，th

4、ecalculatedtransi—enttemperaturedistributionandthetemperaturechangetendencyincontactzonewerecomparedwithexperimentaldataunderthesameconditions．Theresultsshowthatthefiniteelementmodelcansimulatetheheatgenerationprocessofslid—ingfrictionpair；materialdensi

5、ty，heatcapacityratioandthermalconductivitywouldinfluencethefrictiontemperaturefieldsimultaneously，totheredcopperandcastironwithsimilardensityandheatcapacityratio，thetemperaturedistributiongra—dientofthe~rmerisobviouslysmallerthanthatofthelatterbecauseof

6、higherthermalconductivity．Keywords：frictionpair；temperaturefield；nonlinearity；FEM；ANSYS在滑动过程中，摩擦所消耗的大部分能量都转化程，并通过多功能环境可控摩擦磨损试验机、红外探成热能，并且能量通过接触点传人两个滑动体。温度头搭建平台，对有限元仿真的结果进行验证，以探的升高往往会使材料的力学性能及润滑性能产生退索建立摩擦温度场模型的有效途径。化，从而影响其摩擦学行为⋯。因此，研究摩擦产生1模型的建立及简化的热量及其传导

7、过程是十分重要的。由于整个模型可认为是全轴对称，因此可转化为摩擦温度场的研究向来是摩擦研究中的重点和难二维模型简化计算。如图1所示是模型的1／2剖面，点。许多摩擦学工作者都在表面温度测量方面做了大接触面的内直径为25mm，外直径为35mm；下试样量的工作，由于摩擦副处于运动状态，当前只能间的直径是42mm。若下试样直接和上压板及下平台相接获得摩擦接触表面的平均温度，而瞬时温升一般只连，那么热量会传人机架，这些热量不便估算，因此是通过计算得到，其计算模型主要是采用Block提出中间用隔热材料石棉板相隔(

8、图1中阴影部分)，石的经典模型——半无限体表面承受单一集中热源。棉板厚3mm，密度是1400kg／m，比热容为0．8根据已有的实验条件，本文作者利用ANSYS建J／(kg·K)，导热系数为0．4W／(m·K)；下试样在摩立端面滑动摩擦模型，分析摩擦热的产生及传导过擦接触区域正下方须打一个直径为5mm的通孔，相应的隔热板及下平台也将留有适当的空间(便于红外探头获取温度数据)。其中上试样采用45钢，下基金项目：国家自然科学基金项目(51075114；5097