基于修正Archard模型的聚醚醚酮磨损数值模拟
基于Archard模型的车轮磨耗对车辆动力学性能的影响
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车轮的磨耗 也 相 同.根 据 高 速 线 路 的 特 点,选 择
表 ２ 所示的典型直线和曲线线路工况.
表 ２ 线路参数设置
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长石质陶瓷磨损研究及有限元数值模拟
文章编号：1006-3080(2024)02-0310-09DOI: 10.14135/ki.1006-3080.20230107001长石质陶瓷磨损研究及有限元数值模拟王萍萍1， 孟令磊2， 朱 亚2， 陈建钧2（1. 徐汇区大华医院口腔科, 上海 200237；2. 华东理工大学机械与动力工程学院, 上海 200237）摘要：利用高速环-块摩擦磨损实验机在10、20、30、40 N 载荷下对Sirona CEREC Blocks 长石质瓷块进行3.5×105周次磨损实验，得到磨损质量、磨损速率等参数与载荷、磨损周次的变化关系，根据所得变化关系将长石质陶瓷的磨损过程分为3个阶段，观察了各阶段的磨损表面形貌。
对Archard 磨损模型进行修正改进并通过ABAQUS 中UMESHMOTION 子程序开展有限元仿真研究。
在ALE （Arbitrary Lagrangian-Eulerian ）自适应网格区域选取两种节点路径，于3.0×105周次磨损工况下对4种不同载荷下的磨损深度进行仿真分析，并与实验值对比验证，结果表明10 N 载荷工况下磨损深度的最大误差为12.18%，30 N 载荷工况下磨损深度的最小误差为8.64%。
关键词：牙齿修复；长石质陶瓷；磨损实验；磨损模型；有限元分析中图分类号：TH140.7; R783.3文献标志码：A牙齿作为人体口腔内长期承担咀嚼功能的器官，不可避免地会产生磨损[1]， 研究牙齿修复材料的耐磨性能显得极为重要。
长石质陶瓷主要由玻璃基质和少量晶体相组成，被广泛用于牙齿修复领域，是目前使用最普遍的牙科陶瓷材料之一[2]。
而玻璃基质的力学性能较差，使用过程中易发生开裂和剥落，造成材料发生磨损失效从而影响正常使用，研究长石质陶瓷的磨损性能和磨损机制意义重大。
目前国内外学者大多通过摩擦磨损实验机模拟牙齿咀嚼运动来研究不同磨损条件下长石质陶瓷材料的磨损机理和磨损性能，并通过磨损后的微观形态解释材料磨损机理。
基于Archard修正模型的角接触球轴承磨损有限元分析
基于 Ａｒｃｈａｒｄ 修正模型的角接触球轴承磨损有限元分析
高恒强１， 蔡红娟２， 蔡苗２
（１������ 中国地质大学 （ 武汉） 机电学院， 湖北武汉 ４３００７４； ２������ 武昌首义学院信息科学与工程学院， 湖北武汉 ４３００６４）
摘要： 在分一定条件下接触区滑动速 度的分布， 指出了球在滚道上运动时纯滚动点的存在。 开展了球盘摩擦磨损试验， 得到了轴承钢在边界润滑条件下的摩擦 因数和磨损系数。 利用有限元方法和 Ａｒｃｈａｒｄ 磨损计算模型， 建立了球与内圈磨损的仿真计算模型， 并分析了运行时间、 径向载荷、 接触角等因素对轴承磨损的影响。
并 分 析 了 计 算 结 果 的 可 靠 性。 ＦＥＮＧ 等［ ６ ］ 利 用 Ａｒｃｈａｒｄ磨损理论建立了球轴承的磨损寿命模型， 并 通过球板磨损试验研究了载荷和润滑条件等因素对磨 损系数的影响。 以上研究采用磨损模型对滚动轴承的 接触面磨损进行了仿真计算。 但是， 计算精度或预测 效果却有 较 大 误 差， 主 要 原 因 是 磨 损 模 型 还 不 够 理想。
关键词： 角接触球轴承； Ａｒｃｈａｒｄ 模型； 有限元仿真； 磨损 中图分类号： ＴＨ１２ 文献标志码： Ａ 文章编号： １００１－３８８１ （２０１８） １５－１５９－６
Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｗｅａｒ ｏｆ Ａｎｇｕｌａｒ Ｃｏｎｔａｃｔ Ｂａｌｌ Ｂｅａｒｉｎｇ Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ａｒｃｈａｒｄ Ｒｅｖｉｓｉｏｎ Ｍｏｄｅｌ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ： Ａｎｇｕｌａｒ ｃｏｎｔａｃｔ ｂａｌｌ ｂｅａｒｉｎｇ； Ａｒｃｈａｒｄ ｍｏｄｅｌ； Ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ； Ｗｅａｒ
０ 前言 角接触球轴承因其高速、 高精度、 高刚度及可同
边界润滑状态下往复摩擦磨损的数值仿真研究
武汉理工大学硕士学位论文边界润滑状态下往复摩擦磨损的数值仿真研究姓名：陈怀松申请学位级别：硕士专业：载运工具运用工程指导教师：严新平20051101武汉理工大学硕士学位论文式中，ｗ代表微凸体所承受的载荷，ｏＳ代表较软材料的受压屈服极限，考虑到实际磨损率小几个数量级，故引进了磨损系数ｋ，用来解释形成两微凸体相遇形成磨粒所需要的次数（ｎ＝ｌ／ｋ）。
由于软材料的布氏硬度Ｈ与屈服极限ｏ。
之间的关系，一般也用式（２－２）表示：矿：☆丝（２—２）日２．２．２．２修正的粘着磨损模型现实中组成摩擦副表面的并不是纯金属，而是覆盖了一层润滑油膜或其它表面膜（如氧化膜或污染膜），Ｃ．Ｎ．Ｒｏｗｅ等人对简单的粘着理论加以修正，并从Ａｒｃｈａｒｄ的磨损方程出发研究，引入了考虑与金属间接触面积有关的滑动金属特性参数‰，以及与润滑剂有关的特性数１３，得到Ａｒｃｈａｒｄ磨损的修正模型：矿＝ｋｍ∥（１＋掣２）等（２—３）门其中盯、‰为常数，ｐ为摩擦系数，ｐ为与润滑油有关的特性。
虽然该公式中并没有说明ｐ具体与什么有关，但是根据大量的分析结果表明，润滑油的粘度系数对磨损程度有一定影响。
在边界润滑状态下，润滑油中其他元素的成分也在很大程度上决定了∥的值的变化，如含ｓ、ｃｌ的浓度或者是否含极压添加剂等。
２．３缸套一活塞环往复磨损的仿真模型２．３．１磨损模型的基本假设根据缸套一活塞环摩擦副运动特性及边界磨损的特点，提出以下四种假设１）摩擦副表面的接触是粗糙表面弹性接触过程，微凸体高度呈高斯分布，应力满足赫兹接触理论；２）边界润滑中的绝大部分载荷都由峰元承担，润滑油武汉理工大学硕士学位论文第３章缸套一活塞环往复磨损试验及结果由于柴油机活塞一活塞环，缸套系统是往复摩擦磨损运动中最复杂也极具有代表性的摩擦系统，以其作为研究对象，不仅对于研究边界润滑与磨损具有重要的理论意义，而且为摩擦学仿真提供数据支持，确定和修正仿真模型参数起到决定性作用。
本次研究正是以该系统中的缸套．活塞环摩擦副为研究对象，在ＭＷ－２型往复磨损试验机上进行了一系列的摩擦磨损试验。
基于Archard的高强钢热冲压模具磨损研究
【摘要】DP780高强钢逐渐被应用在汽车车身上，文章根据Archard 磨损理论，对DP780热冲压工艺进行了研究。
热冲压过程中模具磨损的影响因素众多，最关键的2个因素是冲压速度和板料初始温度。
利用Dynaform 对DP780热冲压过程进行模具磨损数值模拟，设置不同的冲压速度和板料初始温度，研究相应条件下对模具磨损的影响趋势，为实际生产提供充分的指导。
【关键词】热冲压；Archard 理论；冲压速度；板料初始温度；模具磨损【中图分类号】TG305【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2018）01-0084-040引言世界性能源问题越来越严重，使得汽车减重、降低油耗成为各大汽车生产厂提高竞争能力的关键。
据有关数据介绍，汽车质量每减小50kg ，则每升燃油行驶的距离可增加1km ；若质量减小10%，则燃油经济性可提高5.5%左右[1]，汽车轻量化已成为发展趋势。
为保证轻量化后对汽车安全性能的要求，各汽车公司致力于采用高强度钢板以达到安全、环保及轻量化方面的要求。
传统的冷冲压应用于高强度钢板并不理想，不仅成形困难，且容易产生回弹等问题。
在这种背景下，高强度钢板热冲压成形技术应运而生[2]。
温度因素的介入，导致高强度钢板热冲压成形过程更复杂，需要将高强钢加热到奥氏体温度，继而成形并冷却，过程中伴随着模具损坏、开裂、疲劳及磨损等各种问题。
而在影响模具使用寿命的诸多因素中，磨损是最重要的因素之一。
70%的模具失效都是磨损造成的[3]。
1953年，美国的J.F.Archard 提出了简单的磨损计算公式，随后，学者们在此基础上进行了大量的研究。
湖南大学的谢晖等人[2]采用单一变量模拟研究了冲压速度、板料初始成形温度对热冲压模具磨损的影响，并且基于响应面法进行了参数最优化；A.Ghiotti 等人[4]通过自主研发的销盘磨损实验装置测试模拟出镀Al-Si 的22MnB5钢表面组织和结构随温度变化的演变机制；中南大学林的高用等人[5]利用Archard 修正模型研究了铝合金挤压磨损量与挤压次数的关系，建立了一次挤压过程磨损量计算公式和多次挤压总磨损量计算公式；中北大学的张涛等人[6]研究了模具初始硬度、摩擦系数、挤压速度、模具预热温度4个主要因素对温挤压凸模磨损寿命的研究，建立了3层BP 神经网络预热模型用于快速预测温挤压模具的磨损量等。
基于Archard磨损理论的滑动导轨磨损率预测模型研究
基于Archard磨损理论的滑动导轨磨损率预测模型研究王超;胡亚辉;谭雁清;崔洪胤【摘要】以机床滑动导轨副典型工况下的载荷和速度为变量因素，采用正交实验设计方法，进行销盘磨损实验，研究滑动导轨副在干摩擦条件下的磨损规律。
参照经典的Archard磨损公式对实验数据进行回归并修正，得出相应的磨损率的回归公式。
将该回归公式和Archard公式计算结果与实验数据进行对比，得出该回归公式能更好地预测导轨副的磨损率。
%With the typical loading and velocity under the working condition as the experimental variables,the wear be-havior of machine tool slide guides under dry friction was studied through pin-on-disc wear tests with orthogonal experimen-tal design. According to the form of the Archard wear model,the experimental results were treated with multiple regression analysis and a fine regression expression of wear rate was obtained. By comparing with the calculation results of the regres-sion expression and the Archard wear model with the experimental data,it is concluded that the regression expression is better to predict the wear rate of slide guides.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2014(000)008【总页数】5页(P73-76,98)【关键词】滑动导轨;销盘磨损试验;正交实验;Archard磨损模型;回归分析【作者】王超;胡亚辉;谭雁清;崔洪胤【作者单位】天津理工大学复杂系统控制理论及应用重点实验室天津300384;天津理工大学复杂系统控制理论及应用重点实验室天津300384;天津大学机构理论与装备设计教育部重点实验室天津300072;天津理工大学复杂系统控制理论及应用重点实验室天津300384【正文语种】中文【中图分类】TH117.1高精度机床是制造精密机床和其他高精度机器的工作母机，属战略性基础装备，同时也是国家制造技术最高水平的体现。
聚醚醚酮物理老化行为与成型模拟
性能好等特点，已经大量应用于航空航天、汽车船舰、 生物医用等领域,所以关注其制品在服役过程中的性 能变化以及安全显得尤为重要。
Fig. 1 Structural formula of PEEK
PEEK制品在很多应用领域中需要长期稳定服 役，这就对其抗老化性质提出了更高的要求 ，对于其 老化行为的预测及抗老化性能的提高也显得十分必 要。通过对PEEK物理老化行为的研究，有助于加 深对半结晶型高聚物的物理老化行为的认识，以及对 PEEK制品应用安全的指导。目前对于物理老化行 为的模型化研究大部分集中于非结晶高聚物,但是对 于PEEK等半结晶型高聚物，还未建立起相应的物 理老化模型来对其以后的研究和实际应用进行指导。 本文以高温热处理对PEEK进行人工加速物理老 化,并通过热处理前后屈服应力的变化来表征其物理 老化行为，最终得到PEEK以屈服应力为表征的物 理老化模型，并应用此模型对PEEK注塑成型及后 期物理老化过程中的屈服应力变化进行了预测。
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高分子材料科学与工程
2019 年
1聚醸醸酮试样制备与实验处理 本文选用注射成型方法获得PEEK的拉伸试
样，然后对试样进行人工加速物理老化处理 ，并通过 PEEK拉伸实验获得其屈服应力变化。 1.1聚醸醸酮试样制备
本实验采用中研股份有限公司的PEEK纯树脂 颗粒550G作为原材料，在上海一恒DZF-6090型真 空干燥箱中150 °C真空干燥2 h。所使用注塑机型号 为德国BOY-22A,拉伸试样以美标小试样D638-14 为尺寸标准，注塑成型所采用的工艺参数如Tab.l 所示。
doi： 10. 16865/j. cnki. 1000-7555. 2019. 0284 收稿日期：2018-10-05 基金项目：国家自然科学基金重点项目(11432003) ；863计划项目(2015AA033803);中央高校基本科研业务项目(DUT17LK08)；辽宁省教
基于Archard磨损理论的螺旋伞齿轮精锻成形模具磨损分析
数， 对 钢 而言 ， ｎ、 ｂ取 １ ， ｃ 取２ ； Ｋ为与材 料 特性相关 的常数 ， Ｋ ＝２ Ｘ １ ０ ～； 为模 具材 料硬 度 。
粘结点形成
粘结点破坏
图ｌ Ａ ｒ ｃ ｈ ａ ｒ ｄ磨 损 模 型
螺 旋 伞齿轮 的基 本参 数为 ： 齿数 ｚ ＝３ ９ ， 模数 ｍ＝ ４ ， 压 力角 ＝２ ０ 。 ， 螺 旋 角 ＝ ３ ５ 。 ， 齿宽 ２ ３ ｍｍ， 齿 顶 高 ２ ． ２ ４ ｍｌ ｌ ｌ ， 齿全 高 ７ ． ５ ５ ａ ｒ ｍ， 右 螺旋 方 向。其 有 限元模 型如 图 ２所 示 。在 Ｄ Ｅ Ｆ Ｏ Ｒ Ｍ 前处 理 中 ， 初 始条 件设 置 如
４ ５ ２
长பைடு நூலகம்
春
大
学
学
报
第２ ４卷
１ ／ ３ ； 定 义模具 与坯 料 之问 的摩擦 为 剪切 摩擦 ， 摩擦 系数 定义 为 ０ ． ３ ， 坯 料 与环 境之 问 的对流 因子定 义 为０ ． ０ ５ Ｎ ／ ｓ － ｍｍ ・ ｏ Ｃ， 热 传 导系数 定 义为 １ １ ／ Ｎ ／ ｓ ｅ ｃ ／ ｍ ｍ ／ ￣ Ｃ； 上模 运动 速度 定义 为 ｌ Ｏ ｍｍ ／ ｓ 。 本 文设 置两 组模 拟方 案来研 究 螺旋 伞齿 轮精 锻成 形过 程 中模 具 磨损 的 分布规 律 ， 如表 １ 所列。
１ Ａ ｒ ｃ ｈ ａ ｒ ｄ磨损理论及有 限元模型 的建立
基于修正archard模型的清管器聚氨酯皮碗磨损研究
塑料工业ＣＨＩＮＡＰＬＡＳＴＩＣＳＩＮＤＵＳＴＲＹ第４８卷第３期２０２０年３月基于修正Ａｒｃｈａｒｄ模型的清管器聚氨酯皮碗磨损研究∗黄飞杨ꎬ何㊀畏ꎬ徐㊀杨ꎬ夏飞杨ꎬ罗㊀潇(西南石油大学机电工程学院ꎬ四川成都６１０５００)㊀㊀摘要:为了研究清管器聚氨酯皮碗的磨损ꎬ提出了一种数值模拟的方法ꎮ该方法基于修正的Ａｒｃｈａｒｄ模型ꎬ并结合ＡＬＥ自适应网格技术和子程序Ｕｍｅｓｈｍｏｔｉｏｎ来实现该模型ꎮ同时为了减少计算时间使用了跳跃因数ΔＮꎬ并由仿真结果得出ΔＮ值为５０ꎮ采用有限元试验方法模拟了聚氨酯皮碗的磨损过程ꎬ由仿真数据拟合得到磨损深度随清管器运行距离的计算公式ꎬ其结果表明:随着运行距离的增加ꎬ接触表面各位置处的磨损深度都不断增加ꎬ磨损区域的宽度在不断增加ꎬ且接触表面的轮廓逐渐趋近于水平ꎻ最大接触应力下降很快ꎬ接触表面的接触应力分布逐渐趋于均匀ꎻ接触长度不断增加ꎬ其增长率逐渐减小ꎻ由拟合公式计算得出的磨损深度值与文献中的实验结果具有一致性ꎮ关键词:聚氨酯皮碗ꎻ磨损模型ꎻ有限元仿真ꎻＡＬＥ自适应网格技术ꎻ子程序Ｕｍｅｓｈｍｏｔｉｏｎ中图分类号:ＴＥ８３２㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:１００５－５７７０(２０２０)０３－０１２６－０６ｄｏｉ:１０ ３９６９/ｊ ｉｓｓｎ １００５－５７７０ ２０２０ ０３ ０２６开放科学(资源服务)标识码(ＯＳＩＤ):ＳｔｕｄｙｏｎＷｅａｒｏｆＰｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅＣｕｐｏｆＰＩＧＢａｓｅｄｏｎＭｏｄｉｆｉｅｄＡｒｃｈａｒｄＭｏｄｅｌＨＵＡＮＧＦｅｉ￣ｙａｎｇꎬＨＥＷｅｉꎬＸＵＹａｎｇꎬＸＩＡＦｅｉ￣ｙａｎｇꎬＬＵＯＸｉａｏ(ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＳｏｕｔｈｗｅｓｔＰｅｔｒｏｌｅｕｍＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＣｈｅｎｇｄｕ６１０５００ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＴｏｓｔｕｄｙｗｅａｒｏｆＰＩＧｃｕｐｍａｄｅｏｆｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅꎬａｎｉｎｔｅｇｒａｌｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｅｔｈｏｄｏｌｏｇｙｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ.ＴｈｉｓｍｅｔｈｏｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｏｄｉｆｉｅｄＡｒｃｈａｒｄｍｏｄｅｌａｎｄｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈＡＬＥａｄａｐｔｉｖｅｍｅｓｈｔｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄｔｈｅｕｓｅｒｓｕｂｒｏｕｔｉｎｅＵｍｅｓｈｍｏｔｉｏｎｔｏａｃｈｉｅｖｅｔｈｅｍｏｄｅｌ.ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｔｉｍｅꎬａｎｉｎｃｒｅｍｅｎｔｊｕｍｐｉｎｇｆａｃｔｏｒΔＮｗａｓａｌｓｏｒｅｑｕｉｒｅｄ.ＴｈｅｉｎｃｒｅｍｅｎｔｊｕｍｐｉｎｇｆａｃｔｏｒΔＮｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｗｅａｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｗｈｉｃｈｗａｓｅｑｕａｌｔｏ５０.ＴｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｔｅｓｔｍｅｔｈｏｄｗａｓｕｓｅｄｔｏｓｉｍｕｌａｔｅｔｈｅｗｅａｒｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｈｅＰＩＧｃｕｐꎬａｎｄｎｕｍｅｒｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｗａｓａｐｐｌｉｅｄｔｏｆｉｔａｎｅｑｕａｔｉｏｎｆｏｒｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｔｈｅｔｏｔａｌｗｅａｒｄｅｐｔｈ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｗｅａｒｄｅｐｔｈａｔｅａｃｈｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｎｔａｃｔｓｕｒｆａｃｅａｎｄｔｈｅｗｉｄｔｈｏｆｔｈｅｗｅａｒａｒｅａａｒｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｉｎｗｅａｒｐｒｏｃｅｓｓ.ＡｎｄｔｈｅｎｔｈｅｃｏｎｔａｃｔｐｒｏｆｉｌｅｓｂｅｔｗｅｅｎｐｉｐｅａｎｄＰＩＧｃｕｐａｒｅｇｒａｄｕａｌｌｙａｐｐｒｏａｃｈｉｎｇｔｈｅｌｅｖｅｌｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｈｅｔｒａｖｅｌｌｅｄｄｉｓｔａｎｃｅ.ＦｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅꎬｉｔｉｓｆｏｕｎｄｔｈａｔｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｃｏｎｔａｃｔｐｒｅｓｓｕｒｅｏｆｔｈｅＰＩＧｃｕｐｄｅｃｒｅａｓｅｓｒａｐｉｄｌｙꎬａｔｔｈｅｓａｍｅｔｉｍｅꎬｔｈｅｃｏｎｔａｃｔｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｌｏｎｇｔｈｅｃｏｎｔａｃｔｐｏｓｉｔｉｏｎｇｒａｄｕａｌｌｙｔｅｎｄｓｔｏｗａｒｄｓｕｎｉｆｏｒｍ.Ｍｏｒｅｏｖｅｒꎬｔｈｅｃｏｎｔａｃｔｌｅｎｇｔｈｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙｉｎｃｒｅａｓｅｓｗｉｔｈａｇｒａｄｕａｌｌｙｄｅｃｒｅａｓｅｄｇｒｏｗｔｈｒａｔｅ.Ｃｏｍｐａｒｉｎｇｗｉｔｈｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｉｎｌｉｔｅｒａｔｕｒｅꎬｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｏｆｆｉｔｔｉｎｇｅｑｕａｔｉｏｎｉｎｄｉｃａｔｅｇｏｏｄｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ＰｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅＣｕｐꎻＷｅａｒＭｏｄｅｌꎻＦｉｎｉｔｅＥｌｅｍｅｎｔＳｉｍｕｌａｔｉｏｎꎻＡＬＥＡｄａｐｔｉｖｅＭｅｓｈＴｅｃｈｎｉｑｕｅꎻＵｓｅｒＳｕｂｒｏｕｔｉｎｅＵｍｅｓｈｍｏｔｉｏｎ管道运输具有输送量大㊁运输损耗低㊁输送距离较长等优点ꎬ在原油运输领域得到广泛应用[１]ꎮ由于长输管道在建设和使用过程中产生的污物会降低管道传输效率㊁腐蚀管道基体ꎬ因此必须对长输管道定期实施清管作业[２]ꎮ清管器是清理管道最常用的清管工具ꎬ结构如图１所示ꎬ通过皮碗与管道之间过盈配合ꎬ形成密封隔绝前后流体ꎬ在清管器前后造成压差ꎬ从而推动清管器运行ꎮ聚氨酯弹性体既有橡胶材料的高弹性ꎬ又有塑料材料的高强度ꎬ综合性能优异ꎬ具有耐磨㊁硬度范围宽㊁可浇注成型㊁耐磨耐油性能好㊁使用寿命长㊁生产工艺简单㊁绿色环保等众多特点ꎬ由于以上优势ꎬ聚氨酯弹性体在清管器皮碗的制造中被广泛使用[３－４]ꎮ清管器的清管效果与其工作机制有着密切的关系ꎬ清管器在管道中运行前期ꎬ由聚氨酯弹性体制成的皮碗保持过盈状态ꎬ始终与管道紧密接触ꎬ清洗主要依靠皮碗对管道内壁的刮削ꎬ即机械清洗ꎻ随着清管器的运行ꎬ皮碗发生磨损ꎬ当皮碗过盈量减小为０时ꎬ清洗机制转为泄流清洗ꎮ清管器的清洗能力主要取决于它的机械清洗强度及维持时间ꎬ泄流清洗机制对提高清洗效果作用有限[５]ꎮ皮碗磨损后过盈量减６２１ ∗四川省科技支撑计划项目(２０１４ＧＺ０１５３)作者简介:黄飞杨ꎬ男ꎬ１９９４年生ꎬ硕士研究生ꎬ从事石油钻采设备设计与研究ꎮ１０８５６２００２９＠ｑｑ ｃｏｍ第４８卷第３期黄飞杨ꎬ等:基于修正Ａｒｃｈａｒｄ模型的清管器聚氨酯皮碗磨损研究少ꎬ清管器清洗能力下降ꎬ严重时甚至会卡堵管道ꎮ因此对皮碗的磨损研究有着重要的意义ꎮ皮碗接触表面磨损是一个复杂的过程ꎬ表面磨损会导致皮碗几何形状发生改变ꎬ从而影响接触应力分布ꎬ而接触应力变化反过来又会影响磨损率ꎬ因此皮碗磨损计算分析是一个动态耦合过程[６]ꎮＡｒｃｈａｒｄ[７]提出了一种常用的磨损模型ꎬ其中磨损体积与施加载荷㊁滑动距离之间存在线性关系ꎬ该磨损模型广泛应用于聚合物磨损研究ꎬ如高密度聚乙烯和尼龙[８－９]ꎻＭｃｃｏｌｌ等[１０]第一次提出了一种基于修正的Ａｒｈａｒｄ模型的微动磨损模拟方法ꎬ并应用于一系列圆柱平板试验ꎻＭａｒｔｉｎｅｚ等[１１]通过实验数据得到了热塑性聚氨酯弹性体(ＴＰＵ)的磨损模型ꎬ提出了一种Ａｒｃｈａｒｄ磨损模型数值实现的方法ꎬ该方法通过更新模型几何形状以获得接触压力分布ꎬ并利用有限元方法成功模拟了ＴＰＵ金属接触对的磨损现象ꎮ本文以聚氨酯皮碗为研究对象ꎬ对Ａｒｃｈａｒｄ磨损理论模型进行修正ꎬ并通过Ａｂａｑｕｓ中的ＡＬＥ(Ａｒｂｉ￣ｔｒａｒｙＬａｇｒａｎｇｉａｎ￣Ｅｕｌｅｒｉａｎ)自适应网格技术以及编写子程序Ｕｍｅｓｈｍｏｔｉｏｎ来实现Ａｒｃｈａｒｄ修正模型所表示的皮碗磨损深度ꎬ详细研究了磨损对聚氨酯皮碗接触表面接触轮廓㊁接触应力与接触长度的影响ꎬ利用模拟结果拟合出磨损深度的计算公式ꎬ给出磨损预测结果ꎬ并与文献[５]实验数据进行对比ꎮ图１㊀清管器结构示意图Ｆｉｇ１㊀ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｄｉａｇｒａｍｏｆＰＩＧ１㊀有限元模型本论文采用Ａｂａｑｕｓ软件进行有限元建模ꎬ有限元模型如图２所示(采用的清管器是针对的管道)ꎬ聚氨酯皮碗过盈量为ꎮ考虑皮碗以及管道的轴对称性ꎬ有限元模型采用二维平面轴对称模型ꎮ相较于清管器皮碗ꎬ管道硬度较高ꎬ磨损可以忽略不计ꎬ因此将管道设置为解析刚体ꎬＥｌｌｅｕｃｈ等[１２]与ＤａＳｉｌｖａ等[１３]认为聚氨酯材料为类橡胶材料ꎬ由于自适应网格对超弹性材料模型表现不佳[１４]ꎬ因此将皮碗设置为线弹性材料ꎬ且考虑到文中模拟单向磨损ꎬ在此条件下ꎬ其材料本构可以近似地采用弹塑性模型(弹性模量为２０ＭＰａꎬ材料硬度为１７０ＭＰａꎬ泊松比为０ ３５)ꎮ皮碗与管道之间的摩擦采用库仑摩擦ꎬ即ｑ＝μｐ(式中ｑ为临界切应力ꎬｐ为接触应力ꎬμ为摩擦因数)ꎬ过盈配合间的摩擦因数为０ １２ꎬ切向接触行为由罚函数接触算法进行控制ꎮ过盈配合采用自动收缩配合来实现ꎮ为了获得接触表面的接触压力和相对滑移的精确结果ꎬ接触区域中的网格尺寸非常精细ꎮ本文通过切分实现了从接触区域中的粗网格到远离接触区域细网格的急剧过渡ꎮ这能够降低有限元分析时间ꎬ同时保持计算精度ꎮ图２㊀清管器有限元模型Ｆｉｇ２㊀ＦｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆＰＩＧ２㊀磨损模型２ １㊀修正Ａｒｃｈａｒｄ模型Ａｒｃｈａｒｄ磨损模型[７]是常用的滑动磨损模型ꎬ其一般公式如下:ＶＳ＝ＫＰＨ(１)式中ꎬＶ－磨损体积ꎻＳ－滑动距离ꎻＫ－磨损因数ꎻＰ－接触面法向压力ꎻＨ－材料硬度ꎮ为了模拟接触表面随磨损进程的演变ꎬ需要确定有限元模型接触表面每一个接触节点的磨损深度ꎮ因此ꎬ在无穷小的接触面积ｄＡ与无穷小的位移增量ｄＳ下ꎬ可将式(１)推广到微分形式:ｄＶｄＳｄＡ＝ｋｄＰＨｄＡ(２)式中ꎬｄＰｄＡ为位置ｘ处接触应力ｐ(ｘ)ꎬｄＶｄＡ为位置ｘ处磨损深度增量ｄｈꎬ因此式(２)可简化为式(３):ｄｈｄＳ＝ＫＨｐ(ｘ)(３)式(３)为位置ｘ处发生相对滑移量ｄＳ时的磨损深度表达式ꎮ在有限元仿真计算时ꎬ磨损过程可分为ｎ个增量步完成ꎬ对于第ｊ个增量步ꎬ节点ｉ的位７２１塑㊀料㊀工㊀业２０２０年㊀㊀移增量ΔＳｉꎬｊ可通过有限元计算获得:ΔＳｉꎬｊ＝Ｓｉꎬｊ－Ｓｉꎬｊ－１(４)式中ꎬＳｉꎬｊ与Ｓｉꎬｊ－１分别表示节点ｉ在前ｊ个与前(ｊ－１)个增量步的位移ꎮ假定任意增量步ｊ内ꎬ接触表面节点ｉ的接触应力ｐｉꎬｊ为常数ꎬ则可得出在第ｊ增量步接触表面节点ｉ的磨损深度Δｈｉꎬｊ为:Δｈｉꎬｊ＝ＫＨｐｉꎬｊΔＳｉꎬｊ(５)为了提高计算效率ꎬ同时确保计算精确性ꎬ本文采用增量步跳跃技术[１０]ꎬ在此技术中假定磨损在少量增量步中保持恒定ꎬ通过将磨损增量乘以跳跃因数ΔＮꎬ使用一个模拟磨损增量来模拟ΔＮ个实际磨损增量ꎬ式(５)修正为:Δｈｉꎬｊ＝ΔＮＫＨｐｉꎬｊΔＳｉꎬｊ(６)因此更新过后的节点ｉ在第(ｊ＋１)增量步开始时的竖直坐标为:ｙｉꎬｊ＋１＝ｙｉꎬｊ－ｈｉꎬｊ＋ｃｊ(７)式中ꎬｃｊ项是聚氨酯皮碗的有限元模型由于弹性变形需要垂直向上移动的量ꎬ以确保在新的增量步开始时两接触表面保持接触ꎮｃｊ＝ｍｉｎ(Δｈｉꎬｊ)ꎬ表示由于第ｊ个增量步的磨损导致的两接触表面之间的最小间隙ꎮ重复上述计算直到达到磨损距离大于设定的距离ꎬ即完成磨损仿真ꎮ２ ２㊀修正的Ａｒｃｈａｒｄ模型的实现图３㊀磨损仿真流程图Ｆｉｇ３㊀Ｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｗｅａｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ由式(６)可知ꎬ节点磨损深度与节点接触应力㊁位移增量密切相关ꎬ因此ꎬ为了获得接触表面形状的变化ꎬ需得到接触表面接触应力的分布与式(４)所表示节点的位移增量ꎮ本文通过Ａｂａｑｕｓ中的ＡＬＥ自适应网格技术与子程序Ｕｍｅｓｈｍｏｔｉｏｎ来实现式(６)所表示的皮碗磨损率ꎮＡＬＥ自适应网格技术定义了自适应网格约束ꎬ用于调整自适应网格区域内节点的位移ꎬ且允许自适应网格区域内的网格脱离材料独立流动ꎬ在不改变原有网格拓扑结构的情况下ꎬ逐步改善网格的质量ꎮ子程序Ｕｍｅｓｈｍｏｔｉｏｎ用来控制自适应网格区域中部分网格的运动ꎮ磨损模型在Ａｂａｑｕｓ中的实现如图３所示ꎬ即首先通过调用子程序中的实用程序来访问节点的接触应力与位移ꎬ利用式(４)计算节点位移增量ꎬ再通过式(６)计算节点的磨损深度ꎬ然后通过自适应网格技术来调整接触表面磨损后的节点位置ꎬ最后在新的接触表面重新进行有限元计算ꎮ通过上述不断的循环ꎬ就可以模拟出聚氨酯皮碗长距离磨损之后的情况ꎮ３㊀有限元仿真与分析３ １㊀确定最佳增量跳跃因数ａ－不同ΔＮ值时皮碗接触应力分布ｂ－不同ΔＮ值时皮碗磨损深度图４㊀不同ΔＮ值时皮碗接触应力分布与磨损深度Ｆｉｇ４㊀ＥｆｆｅｃｔｏｆΔＮｏｎｃｏｎｔａｃｔｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｗｅａｒｄｅｐｔｈｏｆｃｕｐ为了减少计算时间同时又能保证计算准确性ꎬ引入了增量跳跃因数ΔＮꎬ然而ꎬ当ΔＮ超过其临界值ΔＮｃｒｉｔ时ꎬ计算结果将会出现不稳定现象[１５－１６]ꎮΔＮｃｒｉｔ的值取决于不同的模型参数ꎬ本文采用的清管器是针对φ２７３ １ｍｍˑ９ ３ｍｍ的管道ꎬ皮碗过盈量为５％ꎬ弹性模量为２０ＭＰａꎬ其材料为聚氨酯ꎬ材料硬度为１７０ＭＰａꎬ在原油管线中ꎬ原油起到了润滑剂的作用ꎬ清管器皮碗磨损并不剧烈ꎬ本文取磨损因数为２８２１第４８卷第３期黄飞杨ꎬ等:基于修正Ａｒｃｈａｒｄ模型的清管器聚氨酯皮碗磨损研究ˑ１０－５[１６]ꎮ图４为清管器运行距离Ｌ＝５００ｍ情况下ꎬ不同ΔＮ值时聚氨酯皮碗的接触应力分布与磨损深度ꎮ由图４可知ꎬ在运行距离为５００ｍ情况下ꎬ接触应力随着接触线的位置逐渐减小ꎬ且当ΔＮ大于５０后ꎬ接触应力开始出现不稳定ꎬ对接触表面磨损深度的计算影响不大ꎬ但在运行距离逐渐增加时ꎬ这种不稳定现象将会造成磨损深度计算结果偏差过大[１０]ꎮ因此确定ΔＮｃｒｉｔ值为５０ꎬ本文取ΔＮ＝５０ꎮ３ ２㊀磨损过程仿真与分析对聚氨酯皮碗磨损进行仿真分析时ꎬΔＮ值取５０ꎬ仿真分析了运行距离为０~１００ｋｍ的磨损情况ꎮ３ ２ １㊀接触表面轮廓随运行距离的变化图５为不同运行距离时ꎬ聚氨酯皮碗接触表面轮廓与磨损深度的变化情况ꎮ由图５ａ㊁ｂ可知ꎬ对于同一运行距离ꎬ磨损深度从左至右逐渐减小ꎬ并且在最左侧边缘位置节点磨损深度达到最大ꎬ但是可以看出皮碗最大外径位置仍然在最左侧边缘节点位置ꎻ随着运行距离的增加ꎬ接触表面各位置处的磨损深度都不断增加ꎬ磨损区域的宽度在不断增加ꎬ且接触表面的轮廓随着运行距离的增加逐渐趋近于水平ꎮａ－不同运行距离皮碗接触表面轮廓的变化情况ｂ－不同运行距离时皮碗接触表面磨损深度分布图５㊀皮碗接触表面轮廓与磨损深度的变化情况Ｆｉｇ５㊀ＥｖｏｌｕｔｉｏｎｓｏｆｃｏｎｔａｃｔｓｕｒｆａｃｅｐｒｏｆｉｌｅｓａｎｄｗｅａｒｄｅｐｔｈｏｆＰＩＧｗｉｔｈｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｒａｖｅｌｌｅｄｄｉｓｔａｎｃｅ３ ２ ２㊀磨损对接触应力的影响图６为聚氨酯皮碗接触应力分布与最大接触应力随皮碗运行距离的变化情况ꎬ其表征了磨损对接触应力的影响ꎮ由图６ａ可以看出ꎬ对于同一运行距离ꎬ接触应力随接触位置从左至右逐渐减小ꎬ并且左侧边缘位置节点的接触应力为最大ꎻ随着清管器的运行距离不断增加ꎬ接触应力下降很快且沿接触位置的接触应力分布逐渐趋于均匀ꎮ由图６ｂ可知ꎬ随着磨损的进行ꎬ最大接触应力逐渐减小ꎮ在前２０ｋｍ的磨损进程中ꎬ最大接触应力迅速下降ꎻ在后８０ｋｍ的磨损进程中ꎬ最大接触应力缓慢下降ꎬ在运行１００ｋｍ后ꎬ最大接触应力仅为初始值的１５ ２％ꎮａ－不同运行距离时皮碗接触应力分布ｂ－最大接触应力随运行距离变化情况图６㊀磨损对接触应力的影响Ｆｉｇ６㊀Ｅｆｆｅｃｔｏｆｗｅａｒｏｎｃｏｎｔａｃｔｐｒｅｓｓｕｒｅ３ ２ ３㊀磨损对接触长度的影响图７㊀接触线长度随运行距离变化情况Ｆｉｇ７㊀Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎｓｏｆｃｏｎｔａｃｔｌｅｎｇｔｈｗｉｔｈｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｒａｖｅｌｌｅｄｄｉｓｔａｎｃｅ图７为聚氨酯皮碗与管道接触长度随皮碗运行距离的变化情况ꎮ可以看出ꎬ随着磨损的进行ꎬ接触长９２１塑㊀料㊀工㊀业２０２０年㊀㊀度逐渐增加ꎬ这是由于在接触表面磨损后ꎬ为保证两表面依然保持接触ꎬ由于弹性变形会使得接触长度增加ꎮ由于前期接触应力较大ꎬ磨损剧烈ꎬ因此接触长度变化率较大ꎬ随着接触应力逐渐减小ꎬ接触长度的变化率也逐渐减小ꎮ３ ２ ４㊀仿真数据拟合图８为聚氨酯皮碗左侧边缘节点磨损深度随运行距离的变化趋势ꎮ可以看出ꎬ随着运行距离的增加ꎬ磨损深度在逐渐增大ꎬ且增大的趋势是变缓的ꎮ结合数值分析的方法ꎬ可以拟合出边缘节点总磨损深度的计算公式ꎮ对Ａｂａｑｕｓ分析得出的数据进行拟合可得ꎬ皮碗左侧边缘位置节点磨损深度随运行距离的计算公式为:１ｈ＝０ １５６０９６＋１１ １５７２６５Ｌ(８)拟合公式相关系数为０ ９９８５８ꎬ表明拟合效果较好ꎮ由式(８)计算可得在运行１５１ ４４ｋｍ后ꎬ最大磨损深度为４ ３５ｍｍꎬ与文献[５]中得到的最大磨损深度４ １ｍｍ非常接近ꎬ可知拟合公式是可以接受的ꎮ由３ ２ １节分析结果可知ꎬ对于同一运行距离ꎬ磨损深度在最左侧边缘位置节点达到最大ꎬ但是皮碗最大外径位置仍然在最左侧边缘节点位置ꎬ因此可用左侧边缘位置的磨损深度来得出皮碗在磨损过后的过盈量ꎮ式(８)为拟合得出的皮碗左侧边缘位置节点磨损深度随运行距离的计算公式ꎬ可用于清管器皮碗磨损深度以及磨损过后的表面轮廓的预测ꎮ图８㊀聚氨酯皮碗边缘节点磨损深度随运行距离的变化趋势与拟合曲线Ｆｉｇ８㊀ＥｖｏｌｕｔｉｏｎｓｏｆｗｅａｒｄｅｐｔｈａｔｅｄｇｅｎｏｄｅｏｆＰＩＧｃｕｐｗｉｔｈｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｔｒａｖｅｌｌｅｄｄｉｓｔａｎｃｅａｎｄｆｉｔｔｉｎｇｃｕｒｖｅ４㊀结论１)基于修正的Ａｒｃｈａｒｄ模型的磨损仿真方法ꎬ模拟了清管器聚氨酯皮碗与管道之间的磨损ꎮ根据仿真结果确定最大跳跃因数ΔＮｃｒｉｔ为５０ꎬ使用跳跃因数能最大限度减少仿真时间ꎬ同时又保证仿真过程中的稳定性ꎮ２)由于聚氨酯皮碗的磨损ꎬ其接触表面各位置处的磨损深度都不断增加ꎬ磨损区域的宽度不断增加ꎬ且皮碗最大外径位置在最左侧边缘位置ꎻ接触表面的轮廓随着运行距离的增加逐渐趋近于水平ꎻ接触应力下降很快且沿接触位置的接触应力分布逐渐趋于均匀ꎬ在运行１００ｋｍ后ꎬ最大接触应力仅为初始值的１５ ２％ꎮ３)由仿真结果拟合出皮碗最左侧边缘节点磨损深度关于运行距离的函数ꎬ可用于聚氨酯皮碗磨损深度以及磨损过后的表面轮廓的预测ꎮ参㊀考㊀文㊀献[１]陈晨.管道输送能耗统计分析与优化研究[Ｊ].石油石化节能ꎬ２０１８ꎬ８(７):１９－２１.ＣＨＥＮＣ.Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｐｉｐｅｌｉｎｅｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ[Ｊ].ＥｎｅｒｇＣｏｎｓｅｒＰｅｔｒｏｌＰｅｔｒｏｃｈＩｎｄꎬ２０１８ꎬ８(７):１９－２１.[２]ＳＭＩＴＨＳＮ.Ｃｏｒｒｏｓｉｏｎｐｒｏｄｕｃｔａｎａｌｙｓｉｓｉｎｏｉｌａｎｄｇａｓｐｉｐｅ￣ｌｉｎｅｓ[Ｊ].ＭａｔｅｒＰｅｒｆｏｒｍꎬ２００３ꎬ４２(８):４４－４７.[３]王文峰ꎬ雍占福ꎬ王裕成ꎬ等.聚氨酯支撑结构免充气轮胎仿真模拟与优化[Ｊ].工程塑料应用ꎬ２０１８ꎬ４６(５):４８－５１ꎬ５６.ＷＡＮＧＷＦꎬＹＯＮＧＺＦꎬＷＡＮＧＹＣꎬｅｔａｌ.Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｎｏｎ￣ｐｎｅｕｍａｔｉｃｔｉｒｅｗｉｔｈｐｏｌｙ￣ｕｒｅｔｈａｎｅｓｕｐｐｏｒｔｓｔｒｕｃｔｕｒｅ[Ｊ].ＥｎｇＰｌａｓｔＡｐｐｌꎬ２０１８ꎬ４６(５):４８－５１ꎬ５６.[４]刘淼.海底管道清管动力学特性研究[Ｄ].青岛:中国石油大学(华东)ꎬ２０１６.ＬＩＵＭ.Ｓｔｕｄｙｏｎｄｙｎａｍｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｓｕｂｓｅａｐｉｇｇｉｎｇ[Ｄ].Ｑｉｎｇｄａｏ:ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＰｅｔｒｏｌｅｕｍ(ＥａｓｔＣｈｉ￣ｎａ)ꎬ２０１６.[５]张新宇ꎬ陈大庆ꎬ李博ꎬ等.清管器两种工作机制对清管效果的影响[Ｊ].管道技术与设备ꎬ２０１３(１):４４－４６.ＺＨＡＮＧＸＹꎬＣＨＥＮＤＱꎬＬＩＢꎬｅｔａｌ.Ｅｆｆｅｃｔｏｆｔｗｏｐｉｇｇｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｏｎｐｉｇｇｉｎｇｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ[Ｊ].ＰｉｐｅｌｉｎｅＴｅｃｈＥｑｕｉｐꎬ２０１３(１):４４－４６.[６]占旺龙ꎬ黄平.线接触弹性磨损的数值分析[Ｊ].华南理工大学学报(自然科学版)ꎬ２０１７ꎬ４５(５):４５－５１.ＺＨＡＮＷＬꎬＨＵＡＮＧＰ.Ｎｕｍｅｒｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆｅｌａｓｔｉｃｗｅａｒｉｎｌｉｎｅｃｏｎｔａｃｔ[Ｊ].ＪＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＵｎｉｖＴｅｃｈｎｏｌＮａｔＳｃｉꎬ２０１７ꎬ４５(５):４５－５１.[７]ＡＲＣＨＡＲＤＪＦ.Ｃｏｎｔａｃｔａｎｄｒｕｂｂｉｎｇｏｆｆｌａｔｓｕｒｆａｃｅｓ[Ｊ].ＪＡｐｐｌＰｈｙｓꎬ１９５３ꎬ２４(８):９８１－９８８.[８]ＨＥＧＡＤＥＫＡＴＴＥＶꎬＨＵＢＥＲＮꎬＫＲＡＦＴＯ.Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｂａｓｅｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｄｒｙｓｌｉｄｉｎｇｗｅａｒ[Ｊ].ＭｏｄｅｌｌＳｉｍｕｌＭａｔｅｒＳｃｉＥｎｇꎬ２００５ꎬ１３(１):５７－７５.０３１第４８卷第３期黄飞杨ꎬ等:基于修正Ａｒｃｈａｒｄ模型的清管器聚氨酯皮碗磨损研究[９]ＭＵＫＲＡＳＳꎬＫＩＭＮＨꎬＳＡＷＹＥＲＷＧꎬｅｔａｌ.Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｓｃｈｅｍｅｓａｎｄｐａｒａｌｌｅｌｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｆｏｒｗｅａｒｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｕｓｉｎｇｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ[Ｊ].Ｗｅａｒꎬ２００９ꎬ２６６(７－８):８２２－８３１.[１０]ＭＣＣＯＬＬＩＲꎬＤＩＮＧＪꎬＬＥＥＮＳＢ.Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｉｍ￣ｕｌａｔｉｏｎａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｖａｌｉｄａｔｉｏｎｏｆｆｒｅｔｔｉｎｇｗｅａｒ[Ｊ].Ｗｅａｒꎬ２００４ꎬ２５６(１１):１１１４－１１２７.[１１]ＭＡＲＴＩＮＥＺＦＪꎬＣＡＮＡＬＥＳＭꎬＩＺＱＵＩＥＲＤＯＳꎬｅｔａｌ.Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎａｎｄｖａｌｉｄａｔｉｏｎｏｆｗｅａｒｍｏｄ￣ｅｌｌｉｎｇｉｎｓｌｉｄｉｎｇｐｏｌｙｍｅｒｍｅｔａｌｃｏｎｔａｃｔｓ[Ｊ].Ｗｅａｒꎬ２０１２ꎬ２８４－２８５:５２－６４.[１２]ＥＬＬＥＵＣＨＲꎬＥＬＬＥＵＣＨＫꎬＳＡＬＡＨＢꎬｅｔａｌ.Ｔｒｉｂｏ￣ｌｏｇｉｃａｌｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅｅｌａｓｔｏｍｅｒｓ[Ｊ].ＭａｔｅｒＤｅｓꎬ２００７ꎬ２８(３):８２４－８３０.[１３]ＤＡＳＩＬＶＡＲＣＬꎬＤＡＳＩＬＶＡＣＨꎬＭＥＤＥＩＲＯＳＪＴＮ.Ｉｓｔｈｅｒｅｄｅｌａｍｉｎａｔｉｏｎｗｅａｒｉｎｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ?[Ｊ].Ｗｅａｒꎬ２００７ꎬ２６３(７):９７４－９８３.[１４]王鹰宇.Ａｂａｑｕｓ用户分析手册:分析卷[Ｍ].北京:机械工业出版社ꎬ２０１７.ＷＡＮＧＹＹ.Ａｂａｑｕｓａｎａｌｙｓｉｓｕｓｅｒ ｓｇｕｉｄｅ:Ａｎａｌｙｓｉｓｖｏｌ￣ｕｍｅ[Ｍ].Ｂｅｉｊｉｎｇ:ＭｅｃｈａｎｉｃａｌＩｎｄｕｓｔｒｙＰｒｅｓｓꎬ２０１７. [１５]ＪＯＨＡＮＳＳＯＮＬ.Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｃｏｎｔａｃｔｐｒｅｓｓｕｒｅｅｖｏｌｕｔｉｏｎｉｎｆｒｅｔｔｉｎｇ[Ｊ].ＪＴｒｉｂｏｌꎬ１９９４ꎬ１１６(２):２４７－２５４.[１６]ÖＱＶＩＳＴＭ.Ｎｕｍｅｒｉｃａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｍｉｌｄｗｅａｒｕｓｉｎｇｕｐ￣ｄａｔｅｄｇｅｏｍｅｔｒｙｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｓｔｅｐｓｉｚｅａｐｐｒｏａｃｈｅｓ[Ｊ].Ｗｅａｒꎬ２００１ꎬ２４９(１):６－１１.[１７]ＢＨＵＳＨＡＮＢ.Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｏｔｒｉｂｏｌｏｇｙ[Ｍ].ＮｅｗＹｏｒｋ:ＡＪｏｈｎＷｉｌｅｙａｎｄＳｏｎｓꎬ２０１３.(本文于２０１９－１１－１２收到)㊀(上接第１２１页)[１１]ＫＡＬＥＭＢꎬＬＵＯＺꎬＺＨＡＮＧＸꎬｅｔａｌ.Ｗａｔｅｒｂｏｒｎｅｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ/ｇｒａｐｈｅｎｅｏｘｉｄｅ￣ｓｉｌｉｃａｎａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｉｔｈｉｍｐｒｏｖｅｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄｔｈｅｒｍａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｆｏｒｌｅａｔｈｅｒｃｏａｔｉｎｇｓｕｓｉｎｇｓｃｒｅｅｎｐｒｉｎｔｉｎｇ[Ｊ].Ｐｏｌｙｍｅｒꎬ２０１９ꎬ１７０:４３－５３.[１２]ＬＩＮＭＣꎬＬＯＵＣＷꎬＬＩＮＪＹꎬｅｔａｌ.Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｉｍ￣ｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｌａｍｉｎａｔｅｄｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ/ｌｏｗ￣ｍｅｌｔｉｎｇｐｏｌｙｅｓｔｅｒ/Ｋｅｖｌａｒｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ[Ｊ].ＰｏｌｙｍＣｏｍｐｏｓꎬ２０１９ꎬ４０:Ｅ５５０￣Ｅ５５８.(本文于２０１９－１２－０２收到)㊀我国禁塑㊁限塑期限明确了!«关于进一步加强塑料污染治理的意见»发布国家发展改革委㊁生态环境部公布了«关于进一步加强塑料污染治理的意见»ꎬ到２０２０年底ꎬ我国将率先在部分地区㊁部分领域禁止㊁限制部分塑料制品的生产㊁销售和使用ꎬ到２０２２年底ꎬ一次性塑料制品的消费量明显减少ꎬ替代产品得到推广ꎮ«意见»提出ꎬ按照 禁限一批㊁替代循环一批㊁规范一批 的原则ꎬ禁止生产销售超薄塑料购物袋㊁超薄聚乙烯农用地膜ꎮ禁止以医疗废物为原料制造塑料制品ꎮ全面禁止废塑料进口ꎮ分步骤禁止生产销售一次性发泡塑料餐具㊁一次性塑料棉签㊁含塑料微珠的日化产品ꎮ分步骤㊁分领域禁止或限制使用不可降解塑料袋㊁一次性塑料制品㊁快递塑料包装等ꎮ研发推广绿色环保的塑料制品及替代产品㊁探索培育有利于规范回收和循环利用㊁减少塑料污染的新业态新模式ꎮ加强塑料废弃物分类回收清运ꎬ规范塑料废弃物资源化利用和无害化处置ꎮ开展塑料垃圾专项清理ꎮ同时ꎬ«意见»也提出了建立健全相关法规和标准ꎬ完善支持政策ꎬ强化科技支撑ꎬ严格监督执法等支撑保障措施ꎮ道默化学在独山港的新工厂将于今年四季度开始生产道默化学仍然坚定地致力于在中国和亚太地区发展ꎮ总部位于德国洛伊纳的道默化学(ＤｏｍｏＣｈｅｍｉｃａｌｓ)将为在中国的新工厂投资１２００万欧元(合１３４０万美元)ꎬ该工厂的年产能约为５０ｋｔꎮ该公司于２月２０日与平湖市独山港经济开发区签订了新的工厂项目ꎮ该工厂预计将于今年第四季度开始生产ꎮＤｏｍｏ计划在开发的第一阶段安装多条生产线ꎬ预计年产能约为２５ｋｔꎮＤｏｍｏ官员表示ꎬ该工厂将留有更多空间满足未来的需求ꎮＤｏｍｏ化学自２０１５年才开始在中国运营ꎬ但我们发展十分迅速ꎮ 该公司全球工程塑料副总裁ＬｕｄｏｖｉｃＴｏｎｎｅｒｒｅ在视频签字仪式中说ꎬ尽管目前面临着冠状病毒的挑战ꎬ但Ｄｏｍｏ的官员们 对中国将在下一代可持续性和电动交通解决方案方面引领世界充满信心ꎮ新工厂将集研发㊁生产和销售于一体ꎬ主要开发和生产改性工程塑料ꎬ例如尼龙６和尼龙６/６以及高温尼龙ꎮ官员表示ꎬ这些产品满足了汽车㊁电子和消费行业对改性材料不断增长的需求ꎮ新工厂生产的产品将包括Ｔｅｃｈｎｙｌ品牌ꎮ该品牌来自Ｄｏｍｏ去年以３ ３４亿美元价格收购的索尔维欧洲特种尼龙业务ꎮ这项交易还包括法国㊁西班牙和波兰的制造基地ꎮＤｏｍｏ还将投资新的空气和水处理技术ꎬ以及减少新工厂的水和能源消耗ꎮ１３１。
基于Archard磨损模型的导电滑环仿真分析
《工业控制计算机》2019年第32卷第7期摘要:导电滑环作为一种精密的接触滑动连接件,主要运用在连续旋转过程中的电流与信号传递的场所。
通过有限元分析了在载荷1N、电流10A条件下的载流摩擦副的工况,并基于Archard磨损模型分析了导电滑环的磨损情况。
结果表明,随着时间的增加,接触面积增大,磨损量增加且磨损逐渐加剧。
通过对载流摩擦副的仿真分析,可以有效预测导电滑环的磨损情况,有效进行寿命预测。
关键词:载流摩擦,仿真分析,磨损预测Abstract押The slip rings are used in the field of current and signal transmission as the sliding connected joints during rotation.The working condition is researched under the condition of load1N and current10A and it is analyzed by FEM based on the Archard wear model.The result shows that the contact area and quality of wear are increase with the increas⁃ing of the working time.It can be used to simulating the situation of Current-carrier friction under different conditions and predicting the life to save the cost of experiments efficiently.Keywords押current-carrying wear熏simulation熏life prediction导电滑环属于卫星的核心部件,主要功能是实现太阳帆板与卫星之间进行能源与信号的传递,是卫星失效的重要因素之一,其可靠性直接影响着卫星的寿命,是卫星的“生命线”[1]。
材料磨损失效的数值模拟技术及其应用前景
在当今工程技术领域，材料的磨损失效是一个十分关键的问题。
数值模拟技术在预测和评估材料磨损失效方面发挥着重要的作用。
本文将探讨材料磨损失效的数值模拟技术及其应用前景，并从多个角度进行深入的分析和评估。
一、材料磨损失效的数值模拟技术1.基于有限元方法的磨损模拟我们来讨论基于有限元方法的磨损模拟。
有限元方法是一种数值计算方法，可用于模拟和分析材料在受力作用下的磨损行为。
通过建立合适的有限元模型，可以对材料在各种载荷条件下的磨损失效进行仿真，从而为工程设计和材料选择提供指导和参考。
2.分子动力学模拟分子动力学模拟是一种基于原子尺度的磨损模拟技术。
通过该技术，可以深入研究材料内部原子固体间的相互作用和运动规律，从而揭示材料的微观磨损行为。
这种方法在研究纳米材料和薄膜材料的磨损失效方面具有独特的优势。
3.多物理场耦合模拟除了上述方法外，多物理场耦合模拟也是一种有效的磨损失效模拟技术。
通过考虑磨损过程中的摩擦、热量和变形等多种物理场耦合效应，可以更全面地模拟和预测材料的磨损行为，为材料性能的优化和改进提供理论支持。
二、材料磨损失效的数值模拟应用前景1.在新材料设计和评估方面，数值模拟技术可以帮助工程师和研究人员快速准确地预测不同材料的磨损性能，为新材料的设计和选择提供依据。
2.在零部件寿命预测和优化方面，数值模拟技术可以对零部件在不同工况和载荷下的磨损失效进行模拟和分析，为零部件的维修和更换提供科学依据。
3.在工程实际应用中，数值模拟技术可以帮助企业降低产品研发成本，提高产品的可靠性和安全性，从而促进整个行业的可持续发展。
三、个人观点和理解在我看来，材料磨损失效的数值模拟技术是一项十分重要且具有广阔应用前景的研究方向。
通过该技术，我们可以深入理解材料磨损失效的机理和规律，为材料工程和机械制造领域的发展提供有力支持。
我相信随着科学技术的不断发展和进步，数值模拟技术在材料磨损失效方面的应用将会越来越广泛，并产生更加丰富的研究成果。
磨损模型与组合材料摩擦学特性分析
磨损模型与组合材料摩擦学特性分析磨损是材料常见的现象，对于各类机械设备的运行和使用产生了重要的影响。
为了解决磨损问题，研究者们发展了各种磨损模型，并进行了大量的实验研究。
同时，组合材料作为一类优良的材料，在摩擦学领域也得到了广泛的应用。
本文将探讨磨损模型与组合材料摩擦学特性之间的关系，从而帮助我们更好地认识和解决摩擦学问题。
1. 磨损模型的发展磨损模型是试图描述磨损过程的理论框架，通过对材料性能和运动条件等因素的分析，预测磨损的产生和发展。
随着理论的发展和实验的积累，研究者们提出了多种磨损模型，如Archard模型、Adams模型等。
这些模型各有其适用的范围和假设条件，可以从不同的角度解释材料磨损的机制。
2. Archard模型与摩擦磨损Archard模型是最早提出的磨损模型之一，它基于磨损体积与应力的关系，通过磨粒体积损失来描述磨损过程。
在摩擦学领域，Archard模型被广泛应用于描述金属材料的摩擦磨损现象。
在实际应用中，考虑到工作条件的复杂性，Archard模型还需要结合其他因素进行修正和完善。
3. 组合材料的摩擦学特性组合材料是一种由两种或多种材料组成的复合材料，具有优良的力学性能和特殊的物理化学性质。
在摩擦学中，组合材料具有独特的特性和应用场景。
例如，碳纤维增强复合材料具有较低的摩擦系数和较高的耐磨性，因此在航空、汽车等领域得到了广泛的应用。
4. 组合材料的摩擦磨损机制组合材料的摩擦磨损机制与传统金属材料有所不同。
一方面，由于组合材料的结构复杂性，其在磨损过程中的摩擦界面也更加复杂。
另一方面，组合材料的磨损机制可能与其材料的特性有关，如纤维的断裂、界面层的剥离等。
因此，对于组合材料的摩擦磨损机制的研究具有重要的意义。
5. 实验研究与理论模拟为了更好地理解和控制组合材料的摩擦磨损特性，研究者们进行了大量的实验研究和理论模拟。
通过实验研究，可以获得组合材料在不同条件下的摩擦系数和磨损量等数据。
基于Archard模型的某飞机窗框精密模锻模具磨损研究
基于Archard模型的某飞机窗框精密模锻模具磨损研究林海涛;吴道祥;林林;陈焕良;李丹丹【摘要】以某飞机窗框精密模锻模具为研究对象,基于Achard磨损模型,采用数值模拟仿真的方法研究不同模压工艺参数对模具磨损的影响.研究结果表明:影响模具磨损的因素有很多,包括坯料温度、模具温度、摩擦系数、设备工作速度以及模具结构等.随着坯料温度及模具温度的升高、压机速度的增大,模具表面最大磨损量逐渐减小;随着模具桥部高度的增大,模具表面最大磨损量逐渐增大.摩擦系数小于0.2时,模具表面最大磨损量随着摩擦系数的变化不是太大,且磨损量较小;当摩擦系数超过0.2时,模具表面最大磨损量突然变大,且随着摩擦系数的增大而增大.%Based on the Achard wear model, the influence of different molding process parameters on the wear of the mold was stud-ied by means of numerical simulation. The results show that there are many factors that affect the mold wear, including the blank tem-perature, mold temperature, friction coefficient, equipment operating speed and mold structure. As the temperatures of the blank and the mold increase, the speed of the press increases, the maximum wear on the mold surface decreases. With the increase of the height of the mold bridge, the maximum wear of the mold surface is gradually increased. When the friction coefficient is less than 0.2, the maximum wear of the die surface varies with the friction coefficient, and the wear volume is small. When the friction coefficient is more than 0.2, the maximum wear of the molds suddenly becomes larger and increases with the increase of friction coefficient.【期刊名称】《铝加工》【年(卷),期】2018(000)003【总页数】5页(P17-21)【关键词】模具磨损;窗框;Achard模型;数值模拟【作者】林海涛;吴道祥;林林;陈焕良;李丹丹【作者单位】西南铝业(集团)有限责任公司,重庆401326;西南铝业(集团)有限责任公司,重庆401326;西南铝业(集团)有限责任公司,重庆401326;西南铝业(集团)有限责任公司,重庆401326;西南铝业(集团)有限责任公司,重庆401326【正文语种】中文【中图分类】TG315.20 前言为了满足减重的需要，高筋薄壁类铝合金锻件被广泛应用于航空航天领域[1～3]。
基于Archard理论的挤压次数对模具磨损量的影响分析_林高用
取的目标节点(图 3)，提取出计算磨损量所需的参数 T， σi,j 和 ui,j，利用式(5)和(6)计算出某有限元节点处在一 定温度下的硬度和磨损因子，再利用式(7)计算单次挤 压的模具磨损量。
b. 将第 1 次模拟结果中模具的温度场及磨损状 态保存为 STL 文件作为第 2 次模拟的模具初始条件， 再导入初始坯料进行模拟，如此反复，可得到模具磨 损量随挤压次数增加而变化的关系，最后拟合出公式。 2.2 有限元模拟结果及讨论 2.2.1 磨损分布
在金属加工过程中，导致模具失效的因素主要有 磨损、塑性变形以及断裂。其中，由于断裂和塑性变 形而导致的模具失效，可以通过模具的合理设计、模 具材料的合理选择来减少，但是，模具的磨损是由模 具与工件的接触而造成的，因此，由于磨损而导致的 模具失效难以控制[1]。对于铝合金挤压模具，磨损成 为影响其寿命的首要因素，世界上每年有超过 70%的 模具因为磨损而失效[2]。
人们从 1953 年起广泛使用 Archard 理论对模具磨
损进行分析[3−6]。在此理论中，磨损量与磨损因子[7]、 模具表面法向压力和材料相对模具的滑移距离[8−9]成 正比，与模具的硬度成反比。此后，国内外许多学者 对该磨损理论的修正、磨损预测以及减小磨损量等进 行了大量研究。Lee 等[10−11] 对 Archard 理论进行了修 正，考虑温度以及时间对模具硬度和磨损因子的影响； Eriksen[12]提出通过优化模具设计来减小磨损量；Lee 等[13]在 Archard 理论的基础上研究了冷挤压中模具锥 度以及压下量对磨损量的影响以及模具磨损的分布情
LIN Gao-yong, FENG Di, ZHENG Xiao-yan, YANG Wei, SUN Li-ping
(Key Laboratory of Nonferrous Metal Materials Science and Engineering, Ministry of Education, School of Materials Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China)
基于修正Archard模型非连续接触的浮动球密封结构磨损行为研究
基于修正Archard模型非连续接触的浮动球密封结构磨损行为研究高俊峰;赵嘉逸;冯玉林;杨玲玲;李伟;明友【期刊名称】《流体机械》【年(卷),期】2024(52)4【摘要】针对不连续接触磨损问题,以硬密封浮动球阀中浮动球密封结构为研究对象,将欧拉-拉格朗日耦合法(CEL)、全局网络重构法(ALE)、修正Archard模型与硬密封条件下的数值计算模型相结合,利用Abaqus子程序UMESHMOTION,实现对非连续接触密封结构的磨损仿真分析,探究流体介质压力、启闭速度及密封面宽度等对密封面磨损特性的影响规律,揭示不连续接触条件下的磨损机制;提出密封结构接触面全局磨损量均值(GWA)的评价方法。
结果表明:非连续接触形式下,磨损较大位置出现应力集中;启闭速度和密封面宽度对密封面磨损影响较小;当V_(oc)为2 mm/s时GWA最小;当b_(m)为3.0 mm时GWA最小;流体介质压力对密封面磨损影响较大;非连续接触的磨损机理主要是磨粒磨损和疲劳磨损。
研究结果可为不连续接触结构的优化设计提供理论基础和技术支撑。
【总页数】8页(P20-27)【作者】高俊峰;赵嘉逸;冯玉林;杨玲玲;李伟;明友【作者单位】合肥通用机械研究院有限公司;合肥通用机电产品检测院有限公司【正文语种】中文【中图分类】TH137;TB42【相关文献】1.基于连续接触“有效长度模型”及Archard磨损的运动可靠性分析2.基于Archard修正模型的角接触球轴承磨损有限元分析3.基于修正Archard模型的清管器聚氨酯皮碗磨损研究4.磨损导致接触角变化对滚柱导轨副Archard模型的修正与仿真5.基于ARCHARD磨损模型的WR-CVT非连续接触钢丝绳磨损研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于动态磨损模型的汽车覆盖件模具磨损数值模拟研究
基于动态磨损模型的汽车覆盖件模具磨损数值模拟研究赵妍洁;张双杰;穆振凯;王伟;闫华军;马世博;张永辉【期刊名称】《中国机械工程》【年(卷),期】2024(35)3【摘要】针对某铝合金覆盖件冲模磨损失效问题,为更加准确地预测汽车覆盖件模具的使用寿命,基于Archard磨损模型建立了动态磨损模型。
该模型耦合了动态磨损系数和表面硬度变化曲线,其中,磨损系数K转化为随接触压力和相对滑移速度变化的动态磨损系数,表面硬度考虑了磨损深度的变化。
利用Python语言对ABAQUS软件进行二次开发,将动态磨损模型耦合到有限元模拟中,实现了考虑磨损系数和硬化层深度变化的汽车覆盖件模具磨损计算。
通过对比分析凸凹模典型位置在成形过程中的动态磨损演化规律,并以模具最大磨损深度0.5 mm作为失效判据,得到该铝合金覆盖件冲压模具的使用寿命为635428次。
模具主要发生磨损的位置集中在模具合模线附近和大圆角处,在实际生产中需要对这些位置进行修模、调试,从而有效延长模具的使用寿命。
【总页数】9页(P515-523)【作者】赵妍洁;张双杰;穆振凯;王伟;闫华军;马世博;张永辉【作者单位】河北科技大学河北省材料近净成形技术重点实验室;河北省汽车冲压模具技术创新中心;河北省汽车冲压模具工程研究中心;河北省汽车冲压模具产业技术研究院【正文语种】中文【中图分类】TG306【相关文献】1.基于数值模拟杯套的温挤压成形工艺研究及模具磨损分析2.基于Deform模拟的汽车覆盖件冲裁磨损研究及应用3.基于滚动调度的冲压模具磨损数值模拟分析4.基于Particle模型轴流泵固液两相流数值模拟和磨损特性研究5.基于动态模型的冲压模具磨损寿命研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于有限元分析和Archard模型的风电机组轴承磨损特性研究
基于有限元分析和Archard模型的风电机组轴承磨损特性研
究
马生辉;吉政甲;蔡晓春;纪铭亮
【期刊名称】《青海大学学报》
【年(卷),期】2024(42)1
【摘要】磨损是影响风电轴承寿命性能的因素之一,已有的磨损研究不仅模型计算量大,且很少涉及磨损及其影响因素在轴承接触和磨损演变方面的分析。
因此,本文基于Archard磨损模型,利用有限元开展了风电轴承在风机实际运行工况下接触与磨损行为的仿真模拟;在0.515~0.550沟曲率半径系数范围内,研究了轴承接触和磨损特性的演变过程。
结果表明:轴承接触特性模拟与赫兹理论计算结果有较高的吻合度,局部有限元模型具有良好的准确度;沟曲率半径系数增大时,轴承吻合度降低,滚道与滚动体接触轮廓变小,从而导致总体接触面积变小和接触压力增大,接触面积变小会使接触面的滑移速度和滑移距离减小,进一步使接触面产生较低的磨损。
因此,在轴承设计中,较小的轴承吻合度能够有效降低轴承磨损,延长轴承磨损寿命,从而提高风力发电机组的整体运行寿命。
研究结果可为风电轴承的设计与应用提供参考。
【总页数】9页(P70-77)
【作者】马生辉;吉政甲;蔡晓春;纪铭亮
【作者单位】青海大学机械工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM614
【相关文献】
1.基于Archard磨损理论的滑动导轨磨损率预测模型研究
2.基于Archard修正模型的角接触球轴承磨损有限元分析
3.基于Archard模型的机床导轨磨损模型及有限元分析
4.基于ARCHARD磨损模型的WR-CVT非连续接触钢丝绳磨损研究
5.基于Archard磨损模型的采煤机行走轮磨损特性研究
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第 45 卷， 第9期 2017 年 9 月
ENGINEERING PLASTICS APPLICATION
工
Байду номын сангаас
程
塑
料
应
用
Vol.45， No.9 Sep. 2017
doi:10.3969/j.issn.1001-3539.2017.09.019
基于修正 Archard 模型的聚醚醚酮磨损数值模拟 *
Abstract ： Based on the end face friction and wear experiments， the influence of friction conditions on the wear coefficient of polyether ether ketone (PEEK) was studied， and a modified Archard wear calculation model for PEEK was established. Combined with finite element analysis software and adaptive grid technology， the wear calculation model was used in the wear simulation and prediction of PEEK under various frictional conditions， and the simulation results are in good agreement with the experimental results， indicating the rationality of the wear model and numerical simulation method proposed. This method is suitable for wear prediction of PEEK under complex contact conditions. Keywords ： polyether ether ketone ； friction and wear ； Archard model ； numerical simulation
聚醚醚酮 (PEEK) 是一种半结晶性的热塑性特 种工程塑料 [1]， 具有力学性能优异、 耐高温、 阻燃、 无 毒、 耐高温水解等优良性质， 且可采用传统热塑性塑 料的成型加工工艺， 因而在航空航天、 电子电气、 汽 车制造、 医疗卫生等领域已经得到了广泛的应用。 除此之外， 在高温下突出的耐磨损性能， 使得 PEEK 在许多特殊领域作为关键耐磨材料可以替代金属、 陶瓷等传统材料， 比如汽车， 能源领域中的轴承、 齿 轮， 医疗领域中的人工关节材料等。 材料的摩擦磨损性能作为一种基础性能， 不仅 关系着其制品在使用中的能源消耗， 优异的摩擦磨 损性能可以实现节能、 节材、 环保， 更重要的是， 摩擦 [2–3] 磨损性能关系着其制品的可靠性与安全性 。磨 损是零部件失效的一种基本类型。 据统计分析表明， 每年大约有 70% 的零件失效是由于各种形式的磨 损引起的 [4]。如果能掌握材料的磨损规律， 预测材 料在不同工况下的磨损特性， 并据此改善加工工艺 以控制摩擦、 减少磨损、 改善润滑性能， 那么就能大
* 国 家 自 然 科 学 基 金 重 点 项 目 (11432003)， 863 计 划 项 目 (2015AA033803)， 中央高校基本科研业务项目 (DUT17LK08)， 辽宁 省教育厅重点实验室基础研究项目 (LZ2015016)， 111 引智计划项目 (B14013) 联系人： 谷俊峰， 副研究员， 主要研究方向为制造工艺力学 收稿日期： 2017-06-16
2 2 肖博升 1， 王新宇 1， 李征 1， 谷俊峰 1， 阮诗伦 1， ， 申长雨 1，
(1. 大连理工大学工程力学系， 大连 116024 ； 2. 工业装备结构分析国家重点实验室， 大连 116024)
摘要： 基于端面摩擦磨损实验， 研究了摩擦条件对聚醚醚酮 (PEEK) 磨损率的影响， 并以此建立了 PEEK 的修正 Archard 磨损计算模型。结合有限元分析软件与网格自适应处理技术， 该磨损计算模型被用于实现 PEEK 在多种摩 擦工况下的仿真与预测模拟， 模拟结果与试验结果吻合良好， 说明提出的磨损模型与数值模拟方法的合理性， 适用于 PEEK 在复杂接触条件下的磨损预测。 关键词： 聚醚醚酮； 摩擦磨损； Archard 模型； 数值模拟 中图分类号： TH117.1 文献标识码： A 文章编号： 1001-3539(2017)09-0088-05
Numerical Simulation of PEEK Wear Based on Modified Archard Model
Xiao Bosheng1， Wang Xinyu1， Li Zheng1， Gu Junfeng1， Ruan Shilun1，2， Shen Changyu1，2
(1. Department of Engineering Mechanics， Dalian University of Technology， Dalian 116024， China ； 2. State Key Laboratory of Structural Analysis for Industrial Equipment， Dalian 116024， China)
大节约能源和原材料， 并且缩短设备的维修时间和 [5] 延长其使用寿命 。传统的磨损研究方法大多来源 于实验研究， 针对某种工况以特定的试验条件在专 门的试验仪器上进行大量的模拟实验 [6–8]。这种实 验研究方法耗费大量时间、 人力、 物力和财力， 并且 某些模拟实验结果并不能很好地应用在摩擦学系统 的建设和实际的工程应用中， 比如磨损寿命预测、 磨 [9] 损过程动态检测等 。而数值仿真技术可以弥补这 些不足， 为摩擦学研究提供一种新的手段。磨损数 值模拟的关键在于磨损模型的建立上， 部分研究者 通过将 Archard 磨损模型与有限元结合的方式实现 磨损的数值分析 [10–11]。但传统的 Archard 磨损模型