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双粗糙表面高速干滑动摩擦过程多尺度仿真
| 论文题名： | 双粗糙表面高速干滑动摩擦过程多尺度仿真 |
| 关键词： | 列车制动;滑动摩擦;双粗糙接触表面;微凸体 |
| 摘要： | 列车在高速行驶的过程中进行制动时，车轮踏面和闸瓦会发生接触，并进行剧烈的滑动摩擦。车轮踏面和闸瓦表面均存在着微米量级的粗糙度，故在实际的列车制动过程中只有少量微凸体发生接触，真实接触面积远小于名义接触面积，这就使得少量微凸体承受较大的接触载荷，应力的集中使材料局部温度过高出现“闪温”点，进而导致车轮材料物理机械性能变差，车轮表面硬度和摩擦学性能降低，车轮踏面磨耗增加。从介观尺度对滑动摩擦过程中的接触情况进行研究可以有效预测接触表面的热、力分布状态，为提高车轮寿命提供理论依据。 本文在W-M分形函数的基础上，使用Matlab软件进行编程，完成二维、三维粗糙表面轮廓的建立，分析表面形貌在不同分形维数下的变化规律。以Herzt接触理论为基础，分析了微凸体在侧接触状态下的变形机制，引入微凸体等级以及面积密度公式，进而得到整个三维粗糙表面的真实接触面积与接触载荷的预测模型，并通过有限元仿真对预测模型进行了验证。 将得到的三维粗糙表面上点的坐标提取，利用Soildworks构造出介观尺度下的双粗糙平面接触模型，将其导入Abaqus有限元分析软件，完成了不同工况下双粗糙平面高速干滑动摩擦过程热-机械耦合介观尺度仿真，得到了滑动摩擦过程中粗糙表面瞬态温度场、应力场的分布，在此基础上分析了不同表面形貌及滑动速度、环境温度等参数对双粗糙平面高速干滑动摩擦过程中摩擦系数的影响规律。 基于W-M分形函数利用极坐标建立宏观尺度下的三维圆柱形双粗糙接触表面，导入Abaqus软件完成了双粗糙圆柱接触表面旋转干滑动摩擦的热-机械耦合仿真，得到表面温度场随循环次数增加的变化规律，分析最大等效塑性应变出现的位置及变化规律。 本文的研究揭示了介观尺度下双粗糙平面和柱面在高速干滑动状态下表面微凸体间的接触特性和摩擦特性，对研究高速重载列车轮轨滑动摩擦及踏面-闸瓦滑动摩擦有重要意义。 |
| 作者： | 栾嘉宾 |
| 专业： | 机械设计及理论 |
| 导师： | 董永刚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 燕山大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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