受限颗粒体对直线运动副动力学特性的影响研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:nihaobaobeisss
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机械系统摩擦界面中的颗粒形状各异,性质各不相同,来源也十分复杂,其对摩擦界面的动力学特性有着重要影响,但是目前关于受限颗粒的影响机制需要进一步深入研究。所以,鉴于摩擦界面中受限颗粒存在以及影响的广泛性,本文对含受限颗粒体的直线运动副动力学特性问题展开深入研究。首先,利用弹簧-滑块模型进行试验平台搭建,并对动力学试验进行系统的设计和安排,根据设计的试验方案,进行一系列的动力学实验。研究结果表明,轻载工况下,相对速度的增大,会降低滑块的摩擦非线性。重载工况,存在一定临界速度,低于临界速度系统摩擦非线性减小,反之系统摩擦非线性增大。随着不同硬度颗粒的引入,像二氧化硅颗粒能降低滑块-导轨系统的摩擦力标准差,氧化铁颗粒及金刚石颗粒有明显的速度特性。引入颗粒粒径的增大,滑块的摩擦力标准差将会加大。其次,以Khonsari三体接触模型为基础,耦合表面微凸体、受限颗粒体的影响,建立含受限颗粒体的弹簧-滑块动力学模型,研究系统的载荷、相对速度以及颗粒粒径、颗粒硬度等对位移、速度、摩擦力的时变及频谱特性的影响。结果表明:颗粒粒径的增大,滑块的速度加速度变化波动增大,非线性增强。小粒径时,滑块速度-摩擦力关系呈现先减小后增大趋势,大粒径时,滑块速度-摩擦力关系呈现减小趋势。而颗粒质量分数增大,低速阶段,速度-摩擦力关系呈现振荡现象,摩擦非线性急剧升高。最后,基于Finite Element Method(FEM)建立介观三体摩擦模型,利用Abaqus有限元软件建立了界面微区受限颗粒体二维模型。通过改变外部载荷,下表面滑动速度,颗粒与接触面之间的摩擦系数来研究颗粒运动过程。研究表明,颗粒与上下表面之间的接触摩擦力与受压载荷成正相关关系。在剪切阶段,随着载荷的增大,颗粒之间位移差变大,颗粒无规律运动加剧,颗粒位移波动越来越大。
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