获得正交各向异性磨损量的方法

摘要

本发明公开了一种获得正交各向异性磨损量的方法，该方法具体步骤如下：将与纤维束轴线成0°和90°的两个方向分别标记为特征方向，首先计算正交各向异性材料承受的等效平均切应力和平均极限切应力，通过对等效平均切应力和平均极限切应力大小的比较，判断是否发生塑性滑移，如果发生塑性滑移，再计算不同滑移过程的滑移量和磨损量。利用本发明提出的获得正交各向异性磨损量的方法，可以定量地确定不同方向下正交各向异性材料的磨损量值，为自润滑织物衬垫磨损寿命的定量预测和具有更长磨损寿命的自润滑织物衬垫的研发奠定基础。

权利要求

1.一种获得正交各向异性磨损量的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1、将与自润滑织物衬垫的纤维束轴线成0°与90°的两个方向定义为第一方向和第二方向；

步骤2、计算等效平均切应力 和平均极限切应力步骤3、通过比较等效平均切应力 和平均极限切应力 判断是否产生了塑性滑移：sl

如果 仅发生弹性滑移，总磨损量ΔW 为零；如果 则发生了塑性滑移，继续步骤4；

步骤4、计算塑性滑移时的总磨损量ΔWsl；

所述步骤2包括如下步骤：

步骤21、计算第一方向和第二方向的弹性刚度k1、k2：弹性刚度表达式中，μ1和μ2分别为正交各向异性材料第一方向和第二方向的摩擦系数，为正交各向异性材料的平均刚度，所述系数都为由正交各向异性材料特性所决定的已知量， 为平均摩擦系数，步骤22、计算第一方向和第二方向的切应力τ1、τ2：切应力表达式中，γ1，γ2分别为在第一方向和第二方向产生的滑移量；

步骤23、计算第一方向和第二方向的平均切应力步骤24、计算等效平均切应力

步骤25、计算平均极限切应力

平均极限切应力表达式中，p为摩擦副的接触压强；

所述步骤4包括如下步骤：

步骤41、计算第一方向和第二方向上的平均滑移量步骤42、计算平均等效滑移量

步骤43、计算平均等效塑性滑移量平均等效塑性滑移量表达式中， 为弹性阶段的极限滑移量；

步骤44、计算第一方向和第二方向的平均塑性滑移量 和步骤45、计算第一方向和第二方向的磨损量ΔW1sl和磨损量表达式中，A1、A2分别为正交各向异性材料在第一方向和第二方向的磨损系数,m1和n1为正交各向异性材料在第一方向的压力和塑性应变的幂次项系数，m2和n2为正交各向异性材料在第二方向的压力和塑性应变的幂次项系数，所述系数都为由正交各向异性材料特性决定的已知量，Δt为时间增量；

步骤46、计算塑性滑移时的总磨损量ΔWsl：

说明书

获得正交各向异性磨损量的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及材料磨损领域，尤其涉及一种获得正交各向异性磨损量的方法。

背景技术

[0002] 自润滑织物衬垫是自润滑关节轴承的关键润滑材料。所述织物衬垫是经纤维束正交机织而成，用树脂粘接剂粘结在轴承外圈内表面，当轴承内外圈之间产生相对转动时，轴承的内圈外表面与所述织物衬垫形成一对摩擦副，由于织物衬垫的宏观磨损行为与其细观体相特征高度相关，当内圈表面质点沿纤维束轴线方向(0°)运动和垂直于纤维束轴线方向(90°)运动时，纤维束体现出一种明显的正交各向异性的磨损行为，因此当轴承内圈表面质点与纤维束成一定角度运动时，会产生不同的磨损行为，但是目前还没有关于正交各向异性磨损的定量计算模型，因此对纤维束的正交各向异性的磨损行为只能做定性的估计。

发明内容

[0003] 本发明要解决的技术问题是提出一种获得正交各向异性磨损量的方法，实现对纤维束正交各向异性磨损的定量计算，可以为自润滑织物衬垫磨损寿命的定量预测和具有更长磨损寿命的自润滑织物衬垫的研发奠定基础。

[0004] 为解决上述问题，本发明公开了一种获得正交各向异性磨损量的方法，该方法具体步骤如下：

[0005] 步骤1、将与纤维束轴线成0°与90°的两个方向定义为第一方向和第二方向；

[0006] 步骤2、计算等效平均切应力 和平均极限切应力

[0007] 步骤3、通过比较等效平均切应力 和平均极限切应力 判断是否产生了塑性滑移：如果 仅发生弹性滑移，总磨损量ΔWsl为零；如果 则发生了塑性滑移，继续步骤4；以及

[0008] 步骤4、计算塑性滑移时的总磨损量ΔWsl。

[0009] 优选的，所述步骤2包括如下步骤：

[0010] 步骤21、计算第一方向和第二方向的弹性刚度k1、k2：

[0011]

[0012] 所述弹性刚度表达式中，μ1和μ2分别为正交各向异性材料第一方向和第二方向的摩擦系数， 为正交各向异性材料的平均刚度，所述系数都为由正交各向异性材料特性决定的已知量， 为平均摩擦系数，

[0013] 步骤22、计算第一方向和第二方向的切应力τ1、τ2：

[0014]

[0015] 所述切应力表达式中，γ1，γ2分别为在第一方向和第二方向产生的滑移量；

[0016] 步骤23、计算第一方向和第二方向的平均切应力

[0017]

[0018] 步骤24、计算等效平均切应力

[0019]

[0020] 以及

[0021] 步骤25、计算平均极限切应力

[0022]

[0023] 所述平均极限切应力表达式中，p为摩擦副的接触压强。

[0024] 优选的，所述步骤4包括如下步骤：

[0025] 步骤41、计算第一方向和第二方向上的平均滑移量

[0026]

[0027] 步骤42、计算平均等效滑移量

[0028]

[0029] 步骤43、计算平均等效塑性滑移量

[0030]

[0031] 所述平均等效塑性滑移量表达式中， 为弹性阶段的极限滑移量；

[0032] 步骤44、计算第一方向和第二方向的平均塑性滑移量 和

[0033]

[0034] 步骤45、计算第一方向和第二方向的磨损量 和

[0035]

[0036] 所述磨损量表达式中,A1、A2分别为正交各向异性材料在第一方向和第二方向的磨损系数,m1,m2,n1,n2分别为正交各向异性材料在第一方向和第二方向的压力和塑性应变的幂次项系数，所述系数都为由正交各向异性材料特性决定的已知量，Δt为时间增量；以及[0037] 步骤46、计算塑性滑移时的总磨损量ΔWsl：

[0038]

[0039] 与现有技术相比，本发明具有如下优点：

[0040] 本发明提出获得正交各向异性磨损量的方法，将与纤维束轴线成0°和90°的两个方向分别标记为特征方向，首先计算正交各向异性材料承受的等效平均切应力和平均极限切应力，通过对等效平均切应力和平均极限切应力大小的比较，判断是否发生塑性滑移，如果发生塑性滑移，再计算不同滑移过程的滑移量和磨损量。利用本发明提出的获得正交各向异性磨损量的方法，可以定量地确定不同方向下正交各向异性材料塑性滑移的磨损量，为自润滑织物衬垫磨损寿命的定量预测和具有更长磨损寿命的自润滑织物衬垫的研发奠定基础。

附图说明

[0041] 图1为本发明实施例中纤维束和方形模块的示意图；

[0042] 图2为本发明实施例中计算机仿真的流程图；以及

[0043] 图3为本发明获得正交各向异性磨损量的方法的流程示意图。

具体实施方式

[0044] 下面结合本发明所应用的实施例，对本发明进行进一步说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。

[0045] 在ABAQUS软件中建立一个具有正交各向异性磨损属性的长方体代表纤维束，在其面内，沿长度方向与垂直于长度方向分别定义为第一方向和第二方向，在其上表面放置一个10mm×10mm的方形磨块。

[0046] 假设沿模型的长度方向和宽度方向分别为第一方向和第二方向，令第一方向和第二方向的摩擦系数μ1＝0.3,μ2＝0.1，第一方向和第二方向的磨损系数A1＝0.8、A2＝0.5，第一方向和第二方向的压力和应变的幂次项系数m1＝0.5、n1＝0.3、m2＝0.3、n2＝0.1，正交各向异性材料的平均刚度

[0047] 在10mm×10mm的方形磨块上施加力100N，得到两者的接触压强p为1MPa，方形磨块沿第一方向和第二方向滑移量分别为γ1＝10mm，γ2＝5mm。

[0048] 本实施例按照图2步骤进行计算机仿真：

[0049] 步骤1、设置仿真参数，开始仿真计算；

[0050] 步骤2、计算等效平均切应力 具体包括以下步骤：

[0051] 步骤21、计算第一方向和第二方向的弹性刚度k1、k2：

[0052]

[0053] 弹性刚度表达式中， 为平均摩擦系数，

[0054] 步骤22、计算第一方向和第二方向的切应力τ1、τ2：

[0055]

[0056] 切应力表达式中，γ1，γ2分别为在第一方向和第二方向产生的滑移量；

[0057] 步骤23、计算第一方向和第二方向的平均切应力

[0058]

[0059] 步骤24、计算等效平均切应力

[0060]

[0061] 步骤3、计算平均极限切应力

[0062]

[0063] 步骤4、判断是否产生了塑性滑移：

[0064] 当 时，仅发生弹性滑移，即当摩擦副在接触压强p的作用下，分别在第一方向和第二方向产生滑移量γ1，γ2时，该滑移量均为弹性滑移量，没有产生磨损，更新在第一方向和第二方向产生的滑移量γ1，γ2后，返回步骤1；当 时，发生了塑性滑移，即滑移量γ1，γ2中存在塑性滑移量，则进行步骤5；

[0065] 步骤5、计算第一方向和第二方向的平均塑性滑移量 和 具体包括以下步骤：

[0066] 步骤51、计算第一方向和第二方向上的平均滑移量

[0067]

[0068] 步骤52、计算平均等效滑移量

[0069]

[0070] 步骤53、计算平均等效塑性滑移量

[0071]

[0072] 平均等效塑性滑移量表达式中， 为弹性阶段的极限滑移量；

[0073] 步骤54、计算第一方向和第二方向的平均塑性滑移量 和

[0074]

[0075] 步骤6、计算第一方向和第二方向的磨损量 和

[0076]

[0077] 式中,A1、A2分别为第一方向和第二方向的磨损系数,m1,m2,n1,n2分别为第一方向和第二方向的压力和塑性应变的幂次项系数，Δt为时间增量。

[0078] 步骤7、计算塑性滑移时的总磨损量ΔWsl：

[0079]

[0080] 本实施例按照上述步骤，利用ABAQUS软件的Fric子程序接口编写正交各向异性磨损模型子程序，经有限元软件计算，得到其中某表面接触点在不同时刻下的滑移量和磨损量，如表1所示。

[0081] 表1某表面接触点在不同时刻下的滑移量和磨损量

[0082]

[0083]

[0084] 图3为本发明获得正交各向异性磨损量的方法的流程示意图，该方法包括以下步骤：

[0085] 步骤1、将与纤维束轴线成0°与90°的两个方向定义为第一方向和第二方向；

[0086] 步骤2、计算等效平均切应力 和平均极限切应力

[0087] 步骤3、通过比较等效平均切应力 和平均极限切应力 判断是否产生了塑性滑移：如果 仅发生弹性滑移，总磨损量ΔWsl为零；如果 则发生了塑性滑移，继续步骤4；以及

[0088] 步骤4、计算塑性滑移时的总磨损量ΔWsl。

[0089] 综上所述方法，将与纤维束轴线成0°和90°的两个方向分别标记为特征方向，首先计算正交各向异性材料承受的等效平均切应力和平均极限切应力，通过对等效平均切应力和平均极限切应力大小的比较，判断是否发生塑性滑移，如果发生塑性滑移，再计算塑性滑移时的总磨损量。利用所述方法实现了不同方向下正交各向异性材料在发生塑性滑移时磨损量的定量计算，能为自润滑织物衬垫磨损寿命的定量预测和具有更长磨损寿命的自润滑织物衬垫的研发奠定基础。

[0090] 最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。