膜基體系微觀接觸力學特性研究.pdf

1、隨著表面改性技術和材料技術的發(fā)展，TiC、TiN、DLC等膜層和表面離子注入、表面二重硬化等強化層已經(jīng)在滾動軸承和齒輪等典型摩擦副中廣泛應用，尤其是長期工作在高速、重載和高溫苛刻工況條件下或者面臨短時斷油特殊工況條件下的摩擦副。在面向工況的膜基體系設計和開發(fā)過程中以經(jīng)驗知識和試驗為基礎的試錯法具有較大的盲目性和隨機性，目前膜層及表面強化層的摩擦學應用尚缺乏公認的設計準則。為了研究獲得接觸副表面膜層和接觸表面微觀形貌對摩擦副接觸特性的影響

2、規(guī)律，以便為膜層的應用設計提供分析方法和理論指導，首先提出了一種基于隨機交換系統(tǒng)的粗糙表面數(shù)值模擬新方法，模擬生成隨機粗糙表面為接觸模型提供表面數(shù)據(jù)，然后基于半解析法建立了均質膜膜基體系彈性點接觸模型，梯度膜膜基體系彈性點接觸模型以及考慮熱分配的均質膜膜基體系熱彈性點接觸模型，并基于這些模型研究了膜層和接觸表面微觀形貌對接觸特性的影響。
　　結合極坐標法和Johnson轉換系統(tǒng)，提出了一種基于隨機交換系統(tǒng)的粗糙表面模擬新方法。通過

3、采用迭代算法，模擬得到的粗糙表面的統(tǒng)計參數(shù)與指定的統(tǒng)計參數(shù)之間的偏差得到有效控制，而且克服了現(xiàn)有方法自相函數(shù)的擬合程度隨自相關長度的增大而變差的不足，從而提高了模擬精度。對真實工程表面的模擬表明本文提出的模擬方法也可用于指數(shù)函數(shù)以外的自相關函數(shù)的粗糙表面模擬，擴大了應用范圍。
　　由Papkovich-Neuber勢函數(shù)獲得了均質膜膜基體系在表面機械載荷作用下彈性場的頻域解，并采用基于快速傅里葉變換的影響因子矩陣轉換算法轉換獲得與

4、表面法向壓力和切向力相關的位移與應力的影響因子矩陣，從而建立了球體與均質膜膜基體系的三維彈性點接觸模型，并通過與赫茲接觸理論的解析解和有限元解的對比驗證了模型的有效性?；诖藦椥越佑|模型研究獲得了膜層彈性膜量、厚度及接觸表面粗糙形貌對接觸壓力和次表層接觸應力分布的影響規(guī)律。
　　通過引入傅里葉積分變換進一步推導了指數(shù)型梯度膜膜基體系在表面機械載荷作用下彈性場的頻域解，并采用影響因子矩陣轉換算法轉換獲得了梯度膜膜基體系與表面壓力和切

5、向力相關的位移和應力的影響因子矩陣，從而將均質膜膜基體系的接觸模型推廣應用到梯度膜膜基體系的接觸模型，并通過與均質膜膜基體系接觸模型的解和有限元解的對比驗證了模型的有效性。基于梯度膜膜基體系彈性點接觸模型研究獲得了梯度膜表面彈性模量和膜厚對接觸壓力和次表層接觸應力的影響規(guī)律，并與均質膜的影響規(guī)律做了對比分析。
　　最后本文還考慮了摩擦熱對均質膜膜基體系點接觸特性的影響。采用傅里葉積分變換推導了均質膜膜基體系在表面摩擦熱源等作用下的

6、溫升及熱彈性場的頻域解，然后采用影響因子轉換算法轉換獲得與表面熱源相關的表面溫升、熱位移和熱應力的影響因子矩陣，從而通過引入基于接觸界面真實接觸區(qū)溫度連續(xù)的熱分配模型進一步建立了考慮摩擦熱分配的均質膜膜基體系三維熱彈性點接觸模型，并針對沒有膜層的接觸問題通過本模型的解與前人的研究結果進行對比驗證了模型的有效性?；诖藷釓椥越佑|模型研究獲得了滑動速度、摩擦系數(shù)、膜層熱傳導系數(shù)、膜層熱膨脹系數(shù)及接觸表面粗糙形貌對接觸壓力、接觸表面溫升、膜基