01

機械磨損機理

• 粗糙表面材料的變形及移除

• 材料的刨除（Plowing或Ploughing)

• 脫層

• 粘接撕除

• 研磨

• 微動磨損

• 固體粒子撞擊

02

磨損分析應用領域

2.01 存在磨損現象的領域

• 剎車片

• 與運動部件接觸的密封件

• 切削

• 滾壓

• 發動機

• 軸承

• 齒輪

• 線性結構滑移

• 輪胎

• 骨關節

2.02 存在的問題分類

• 適合中等程度的磨損

M<0.4

磨損率<臨界值

極度光滑表面-拋光

Debris<100n直徑

應用Archard方程

• 劇烈的磨損

M>0.4

磨損率>臨界值

粗糙, 深度撕裂表面

大的粗糙粒子大于0.01mm

2.03 磨損現象

•  磨損和磨損率隨時間或周期的變化

• 在恒定運行條件下，摩擦系數和粗糙度是時間的函數

 

03

磨損模型

• 常用磨損模型

Archard方程

Archard方程的修正

• 變形更新

• 幾何更新

3.01 經典的Archard磨損模型

W =K*F*G _t /H

W：磨損量

K：磨損系數

F：法向力

G_t：滑移距離

H：硬度

3.02 磨損模型

Du _w /Dt = A s _n V _s

Du_w/Dt = A s_n^mV_sⁿ –Bayer指數形式

Du_w/Dt = A s_n^mV_sⁿ exp^-B/T –帶熱激活能的Bayer指數形式

Du_w/Dt = A s_n V_sexp^-Q/RT

Du_w/Dt = A(T) s_n V_s –材料參數可以與溫度相關

注：

Du_w/Dt 為法向磨損變化率

s_n –法向應力

Vs –滑移速度

R –氣體常數

Q –激活能

T –絕對溫度

3.03 磨損模型的選擇及參數定義菜單

在前處理接觸體定義菜單里面可以選擇磨損模型， 也可以采用用戶子程序定義用戶的磨損模型。

04

磨損模型材料參數的獲取

4.01 磨損模型參數獲取

磨損試驗是測定材料抵抗磨損能力的一種材料試驗。通過這種試驗可以比較材料的耐磨性優劣。磨損試驗比常規的材料試驗要復雜。首先需要考慮零部件的具體工作條件并確定磨損形式，然后選定合適的試驗方法，以便使試驗結果與實際結果較為吻合。磨損模型分為黏著磨損、磨粒磨損、沖蝕磨損、腐蝕磨損、微動磨損。

測試標準：GB/T 12444， 來自ISO標準

4.02 考慮磨損后的網格重劃分

Marc有多種適合磨損分析的網格重劃分方法：

05

應用案例

5.01 切削–刀具的磨損

• 熱機耦合分析

• 工件采用了網格重劃分功能

• 采用Archard模型

5.02 切削–等效塑性應變云圖動畫

5.03 切削–刀具的磨損矢量圖

5.04 材料加工中壓頭的磨損

5.05 工件的塑性應變云圖動畫

5.06 模具磨損矢量圖顯示

5.07 梯形軋制軋輥磨損分析

?

?

5.08 軋輥的法向應力 

5.09 板件的塑性應變云圖動畫

5.10 軋輥磨損累積

• 節點在45度角的位置

• 第5節點在對稱軸上

• 每個增量步轉動2^o 

5.11 橡膠密封件磨損

• 密封性能分析 

• 摩擦與磨損模型

5.12 軸承法蘭結構微振磨損算例模型

模型組成

模型結構如上圖所示，由軸輪和制動盤兩部分構成。

利用對稱性，簡化成1/4進行分析。

 5.13 軸承法蘭微振磨損計算結果

可以看出：

• 在圓孔周圍的磨損較小

• 最大磨損量在螺孔的周圍，而外圍被內側要大，是由于外圍相對的位移量大造成的。

• 在對稱面附近磨損量相對較小。

5.14 全髖關節置換部件的磨損分析

ADM種植體修復體分析與對比

• 實驗組的微分離損失了2.9mm³/million循環

• 有限元分析預測的體積損失為3.3mm³/million循環 

5.15 復合材料磨損分析

Al/Al2SiO5/C冷激復合材料磨損行為的有限元模擬

（FiniteElement Wear Behavior Modeling of Al/Al2SiO5/C Chilled Hybrid Metal MatrixComposites (CHMMCs) ）

5.16 剎車裝置的磨損分析

• 熱機耦合分析

• 接觸摩擦生熱分配不等

5.17 航天設備耐磨彈簧磨損模擬

航天設備耐磨彈簧磨損模擬

• 兩個圓柱型元件之間設計了一個彈簧，考察一下該彈簧的實際磨損情況。

• 因為是軸對稱模型，分析中截取1/50幾何模型，計算圓環形元件下移過程中彈簧的磨損情況。

5.18 減速器防水結構進行了初步磨損分析

• 軸采用鋼材材料模型，密封圈采用2項Mooney-Rivlin模型。

• 采用Archard模型，選擇更新幾何選項。

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