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原文传递沟槽与圆坑型织构表面对摩擦振动噪声的影响

论文题名：	沟槽与圆坑型织构表面对摩擦振动噪声的影响
关键词：	列车制动盘;织构表面;沟槽型;圆坑型;摩擦振动;噪声抑制
摘要：	摩擦尖叫噪声是由于相互接触的物体发生相对运动并引起强烈自激振动而产生的，其具有频率高、强度大、影响因素众多、发生机理不明、可重现性差等特点。摩擦尖叫噪声一方面会引起严重的噪声污染导致人们生活的不适，另一方面也会降低摩擦系统的各项性能和使用寿命，因此，如何降低及抑制摩擦尖叫噪声一直是国内外许多学者研究的重点问题。由于摩擦噪声源于接触界面的不稳定振动，因此大多数研究者从摩擦界面的角度着手，深入研究了界面粗糙度、第三体、磨屑等对摩擦性能和摩擦振动噪声的影响，但从主动改变界面接触特征的角度研究摩擦尖叫噪声及其产生机理的研究则鲜见报道。　　本课题组在前期研究中，研究了往复运动和转动条件下沟槽织构表面对摩擦尖叫噪声的影响，结果表明不同宽度和间距的沟槽织构表面对摩擦尖叫噪声有很大的影响，但该研究织构化表面样品单一且对于机理的探讨尚且不足。因此，为进一步探究不同织构化表面对摩擦尖叫噪声的影响，本研究拟在盘试样表面上加工出发散型沟槽型织构和圆坑型织构，在相同条件下完成了试验研究和有限元分析，探讨了两种织构对摩擦尖叫噪声抑制作用的异同，为抑制界面摩擦尖叫噪声的表面设计及处理提供参考依据。　　本研究在列车制动盘试样表面加工出三种不同宽度的沟槽型织构和三种不同直径与间距的圆坑型织构，与光滑表面进行摩擦尖叫噪声对比试验。并利用有限元软件ABAQUS对试验过程进行复特征值分析及瞬态动力学分析，研究不同织构表面对摩擦振动噪声的影响与机理。主要结论如下: 　　1、两种织构表面均能降低摩擦系统高频尖叫噪声，织构的存在能够降低摩擦系统的自激振动，沟槽织构表面和圆坑织构表面中对摩擦尖叫噪声的抑制效果最佳的分别是T-30°-1和P-4-2。并且对于同种织构，摩擦力波动越大，织构对噪声的抑制作用越有效。　　2、沟槽织构与圆坑织构能够明显改善盘试样上的犁沟和剥落现象，并且织构能够存储摩擦过程中产生的磨屑，因而织构的存在改善了界面的摩擦磨损特性和接触状态，从而降低了摩擦尖叫噪声。　　3、复特征值分析结果表明摩擦系数为0.1时，三种接触表面的第一、二阶模态发生耦合，且耦合频率与试验采集的主频1200 Hz非常接近。随着摩擦系数的继续增大，光滑表面的不稳定振动倾向也随之增强。而对于T-30°-1和P-4-2表面，耦合模态的不稳定倾向经历了先增大后减小并在摩擦系数为0.6时出现模态分离，这表明两个织构表面在摩擦系数逐渐增大过程中，系统产生不稳定振动的倾向是先增大后减小，并最终趋于稳定。　　4、瞬态动力学法计算了三种表面在时域内的振动信号和摩擦力信号，三个试样均出现了不同程度的自激振动，且光滑平面振动最为剧烈。T-30°-1表面的三个信号的振动幅值相较于光滑平面有明显下降，且其加速度和摩擦力振动曲线均出现了6次间断性的波动，正好对应转动半个周期内的6条沟槽，因此沟槽的存在有利于抑制系统的不稳定振动并降低摩擦尖叫噪声。P-4-2的三个信号相较于光滑平面有一定降低，但却高于T-30°-1的加速度振动幅值，且半个周期内的6列圆坑织构使得摩擦力曲线产生了六次波动，因此圆坑织构P-4-2对自激振动的抑制效果弱于T-30°-1,但与光滑表面相比仍有一定的抑制作用。　　5、接触应力分析结果显示，接触应力分布越均匀，最大接触应力值越小，摩擦系统稳定性越好，越不容易激发摩擦尖叫噪声。相比于光滑表面的应力值较大和应力集中位置固定，织构能够打断和分散接触界面的压力分布，且织构条件下的接触应力值分布更均匀，起始边上的最大接触应力值更小，织构面上应力集中位置随转动不断变化，能够有效的减小摩擦系统的振动加速度幅值，使辐射出的摩擦尖叫噪声强度明显降低。
作者：	胡利鸿
专业：	机械工程
导师：	莫继良
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西南交通大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文