考虑弹塑性变形机制的结合面静摩擦因数模型.pdf

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1、第35卷第4期太原科技大学学报Vo1．35No．42014年8月JOURNALOFTAIYUANUNIVERSITYOFSCIENCEANDTECHNOLOGYAug．2014文章编号：1673—2057(2014)04—0294—08考虑弹塑性变形机制的结合面静摩擦因数模型张颖，张学良，姜来，温淑花，陈永会，兰国生，刘丽琴(太原科技大学机械工程学院，太原030024)摘要：在三维接触分形理论的基础上，从理论上建立了一种考虑微凸体的完全弹性、弹一塑性和完全塑性三种变形机制的结合面静摩擦因数三维分形模型。该模型反映了结合面法向载荷、分形维数以及分

2、形特征尺度参数对结合面静摩擦因数的影响。仿真结果表明，静摩擦因数，随着无量纲法向接触总栽荷P的增大而增大；分形维数D的增大，先增大后减小；无量纲分形特征尺度参数G的增大而减小；考虑弹一塑性变形机制的结合面静摩擦因数小于不考虑弹一塑性变形机制的结合面静摩擦因数。关键词：结合面；分形理论；三维分形模型；静摩擦因数中图分类号：TH113．1文献标志码：Adoi：10．3969／j．issn．1673-2057．2014．04．012据美国材料试验学会ASTM的分析报告指出，本文基于三维接触分形理论及文献[5]的弹塑全世界约有40％以上的各类能源被摩擦

3、消耗掉，摩性变形机制，综合考虑结合面微凸体的三种变形机擦会引起一系列的物理和化学变化，产生热、噪音、制，从而建立了一种考虑弹．塑性变形的结合面静摩振动、污染，甚至会引发危险。研究和预测机械系擦因数三维分形模型，并进行了仿真计算分析。统的摩擦同样是非常重要的。而静摩擦因数是研1结合面三维分形接触模型究中摩擦的一个十分重要的参数。因此，关于结合面静摩擦因数的研究具有十分重要的意义。Chang1．1结合面三维建模等⋯人基于经典的G—w接触模型l2J，通过考虑弹结合面实质就是两个粗糙表面的接触，在研究性接触点承受的切向载荷的能力，提出了金属表面的过程中

4、，为了简化通常将结合面的接触表示为一间的静摩擦因数计算模型。Kogut和Etsion通过研个刚性平面与一个粗糙平面的接触。当结合面受究发现，结合面弹一塑性接触点同样具有承受切向载到挤压，微凸体将发生变形时，单个微凸体和刚性荷的能力，如果仅仅考虑弹性接触点承受切向载荷表面的弹性接触如图1所示。的静摩擦模型，显然对静摩擦因数的预测是不精确结合面的复合弹性模量为：的。同时以上的研究都是建立在二维分形模型基础上的。应用二维的分形模型计算三维粗糙表面古E=EL+E2的接触特性，存在着理论上的不合理性J。鉴于式中，E‘为两接触材料的复合弹性模量；E、此，文

5、献[4]提出了一种基于三维接触分形理论的E为两接触材料的弹性模量；：为两接触材料的结合面静摩擦因数模型，但该模型没有考虑弹-塑性?自松比。变形阶段对静摩擦因数的影响。在该模型中假设了微凸体的分布是各向同性的，收稿日期：2014-03．15基金项目：国家自然科学基金资助项目(51275328)；山西省自然科学基金项目(2012011023-4)；山西省回国留学人员科研资助项目(2011-076)；山西省研究生优秀创新项目(20123103)作者简介：张颖(1988一)，硕士研究生，主要研究方向为机械结合面摩擦因数研究；通讯作者：张学良，教授，E．

6、mail：zhangxue_j@sina．corn第35卷第4期张颖，等：考虑弹塑性变形机制的结合面静摩擦因数模型295当微凸体的变形在完全塑性变形时，微凸体的变形量在>1108范围内，微凸体在塑性变形阶段的接触面积和法向接触载荷Pp可以表示为：=Ha(8)=口(9)式中，下标P表示发生完全塑性变形。Y为较软材料的屈服强度，H为较软材料的硬度(H=KY)，K通常取2．8．临界接触面积a用以划分完全弹性变形和弹．塑性变形，可表示为]：图1单个微凸体与刚性平面弹性接触示意图Fig．1Schematicofamicrocontactbetweenan

7、asperityofthe[G(n<。<3)(10)compositeroughsurfaceandtheoppos~rigidplane粗糙表面上的横截微凸体大小分布函数为：微凸体之间的相互作用忽略不计，并且没有宏观的n(口)：一：吼,丁D-1口,一变形，变形过程只发生在微凸体上。根据文献[3]的研究结果可知，当法向变形量(2

8、在完全弹性变形rJn(口)口d口+Jfu(}c)。一。：n(口)口d口’+阶段时可以表示为：(-~)I／(o-2)a'凡(口)口d口+~L~1lul／