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粗糙表面弹塑性混合润滑行为研究

机械零部件表面不是绝对光滑的，微凸体形状和大小具有随机性和复杂性。重载及表面粗糙峰作用使得机械摩擦副常常处于混合润滑状态，不可避免地引发接触表面产生塑性变形、摩擦磨损、表层下应力集中等，不仅造成能源消耗，还会对机械设备的可靠性和使用寿命产生影响。为探究表面形貌特征对弹塑性混合润滑接触行为的影响，解决传统有限元法计算时间长、网格易发生畸变导致不收敛等问题，发展了一种基于半解析法的、同时考虑弹塑性变形和真实表面形貌的确定性数值模型。根据米塞斯屈服准则判断接触区域是否发生塑性变形，基于线性强化的应力—应变本构关系建立瞬态点接触弹塑性混合润滑模型和等效摩擦系数计算模型。针对流体润滑区和微凸体接触区采用统一Reynolds方程系统，利用多重网格法迭代求解油膜方程、载荷平衡方程、润滑油粘压和密压方程组，不需要事先知道接触区域的信息，通过设定区域转换值即可实现计算过程中的区域转换。根据二维数字滤波法模拟实际生产中的磨削、毛化、电火花加工等不同类型、不同统计特征的粗糙表面，从峰度、偏斜度、表面纹理等方面分析表面形貌参数对油膜压力、油膜厚度、摩擦系数、接触面积比、接触载荷比、米塞斯应力、塑性变形、最大表面应力等混合润滑性能参数的影响，提出改善混合润滑性能的方法。当中心油膜厚度小于区域转换值，则认为润滑行为失效。对于不同的粗糙表面接触，分析外载荷、润滑油卷吸速度等因素导致润滑行为失效的临界值，为实际工作中提前预防和减小摩擦磨损，改善设备运行状况等问题提供理论依据。