基于单步塑性变形体积量的表面微观变形研究.pdf

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1、CAD／CAE／CAPP／CAM现代制造工程(ModemManufacturingEngineering)2016年第11期基于单步塑性变形体积量的表面微观变形研究+沈健，王瑞强，周丹，刘光复，杜晓东(合肥工业大学机械与汽车工程学院，合肥230009)摘要：为实现粗糙表面微观接触磨损的准确预测，结合分形接触理论，根据弹塑性变形机理，构建了基于单步塑性变形体积量的表面损伤分析模型。将Ansys软件模拟分析结果代入该模型，得出了塑性相关量与接触间距的关系，以及磨损系数与表面粗糙度的关系。计算结果表明，在表面粗糙度越大

2、、表面接触间距越小的情况下，塑性变形体积量越多，损伤就越严重，配合表面的粘着损伤也会变多。接触间距为50nm时是表面磨损系数变化的转折点，当间距小于此阈值时，磨损系数会明显增加；不同表面粗糙度的接触表面，磨损系数的数量级为10～。关键词：塑性变形；损伤模型；磨损系数中图分类号：THll7．1文献标志码：A文章编号：1671_3133(2016)11删3珈5DOI：10．16731／i．cnki．1671—3133．2016．11．012Theresearchofmicro．deformationaboutinte

3、rferencefitsurfacesbasedonsingle-stepplasticdeformationShenJian，WangRuiqiang，ZhouDan，LiuGuangfu，DuXiaodong(SchoolofMachineryandAutomobileEngineering，HefeiUniversityofTechnology，Hefei230009，China)Abstract：Topredictcontactweal"betweentwosurfacesmicroscopically，

4、constructwetlyanalysismodelbasedonplasticdeforma-tionandfractaltheory．TheAnsysnumericalresultsisimportedintotheanalysismodel，andthentherelationshipbetweenrelevantplasticdeformationandcontactinterferenceandtherelationshipbetweenweal"coefficientandsurfaceroughn

5、essareobtained．TheresultsshowthatthemoresurfaceroughBessandthelesscontactinterferencewillresultinthelargerasperitycontactarea，themoreplasticdeformationandinturnthemoreseverewear．Thecontactinterference50nmisaturningpoint，wearcoefficientwillincreasesignificantl

6、ywhencontactinterferenceissmallerthan50nm．Althoughcontactsurfaceshavedifferentsurfaceroughness，thewearcoemcientisontheorderof10—4．Keywords：plasticdeformation；damagemodel；wearcoefficient0引言不同材料的配合组件，其接触表面存在一定的表面损伤⋯。对于配合表面，其真实接触面积远小于名义接触面积，从而导致较小的真实接触面积上承载较大的法向

7、载荷，接触微凸体将产生塑性变形，模拟粗糙表面间的接触有利于进一步研究表面变形机理。对于粗糙表面的微观接触分析，现代学者为比较准确地描述粗糙表面损伤机制，采用了多种理论方法。Komvopoulos等人旧刮利用具有分形特征的三维表面模型，分析了弹塑性变形量与接触面积的关系，得出不同材料接触表面之间接触面积与弹塑性变形量的关系。Majumdar和Bhushan基于w．M分形函数提出了M-B接触模型，推导并得出真实接触面积与法向载荷的关系以及弹性接触面积和塑形接触面积的计算公式，总结了接触面的变形规律。Kogut等人”1

8、采用Ansys有限元法研究了刚性平面与单个球体的接触问题，并通过数值拟合推导得出表面接触参数(接触载荷、接触面积和平均压力)与球体法向变形量之间的经验公式，为表面接触的微观分析奠定了基础。在磨损预测方面，赖联锋等人一。运用模拟仿真的方法，研究了滑动过程中双粗糙面的摩擦学性能，并得出粘着因素会使磨损率增大的结论；宿月文等人旧1基于去除塑性接触微凸体的方法来模拟微观磨损，但是