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恒定動能作用下薄壁管的沖擊微動磨損行為研究.pdf

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第 52 卷第 15 期 2016 年 8 月 機 械 工 程 學 報 JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING Vol.52 No.15 Aug. 2016 DOI:10.3901/JME.2016.15.114 恒定動能作用下薄壁管的沖擊微動磨損行為研究* 陳志強 蔡振兵 林映武 王 璋 旻朱昊 (西南交通大學摩擦學研究所 成都 610031) 摘要:在新型沖擊微動磨損試驗機上對四種常見材料的薄壁管(不銹鋼、銅合金、純鈦和鋁合金)進行了沖擊磨損試驗,考察了材料屬性、沖擊能量對薄壁管損傷行為的影響。對其沖擊動力學行為、磨損行為進行了分析。研究結果表明,不同材料金屬管的能量吸收率、沖擊接觸力和沖擊管變形有顯著差異;同一種材料,隨著初始沖擊動能的增大,沖擊過程中接觸力、沖擊管變形和沖擊吸收能也在增大。通過分析磨痕微觀形貌和磨痕輪廓,發現薄壁管的沖擊磨損抵抗性能與材料屬性密切相關;隨著初始沖擊動能的增加,材料損傷加劇,其損傷機制為疲勞磨損。 關鍵詞:低能量沖擊;能量吸收率;沖擊接觸力;管變形;微動磨損 中圖分類號:TH117 Impact Fretting Wear Behavior of Thin-walled Tube under Constant Low Level Kinetic Energy CHEN Zhiqiang CAI Zhenbing LIN Yingwu WANG Zhang ZHU Minhao (Tribology Research Institute, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031) Abstract:The micro-amplitude impact wear tests of four types of common thin-walled tube materials(stainless steel, brass alloy, pure titanium and aluminum alloy)are conducted under a low-energy impact fretting wear tester .The impact dynamics behavior and damage behavior of the tubes is inspect during the impact fretting wear progress. The results show that there are significant difference of different materials tube in terms of energy absorption rate, contact force and tube deformation. For the same material, with the initial kinetic impact energy increased, the impact contact force, tube deformation displacement and impact absorption energy also increased. Through analyzing the morphologies and profiles of the wear scars, it indicates that impact wear resistance is related to impact dynamics behavior and properties of the test materials. With the increase of kinetic impact energy, the damage became servers, and the damage mechanism of thin-wall tube is fatigue wear. Key words:low-energy impact;energy absorption rate;impact force;tube deformation;fretting wear 0 前言* 大多數金屬管內部通有流體(氣體、液體或流固兩相),流體的流動致使金屬管發生振動,導致管與其支撐件之間發生磨損,包括沖擊磨損、微動磨損、疲勞磨損,由于沖擊磨損導致界面產生沖擊力,因而對材料的損傷最為嚴重[1]。在沖擊瞬間,伴隨著能量瞬間轉化,沖擊損耗的動能 E 主要轉變為以下幾部分:材料的塑性變形能 Ep、彈性變形能 Ee、表面斷裂能 Ef 和其他能 Eo(熱、光等)[2]。目前針對材料受沖擊損傷行為,主要采取力控制下的一次性加載試驗方法,林智育等[3]研究了支承剛度對復合材料層板沖擊后壓縮強度的影響,發現隨著沖擊點背* 國家自然科學基金資助項目(51375407,U1530136)。20151222 收到初稿,20160504 收到修改稿 面支持剛度的增加, 沖擊后壓縮強度也隨之增加;SOLIMAN 等[4]采用錘頭撞擊法測試多壁碳納米管摻入到碳纖維復合材料的性能;武勇忠等[5]研究了充液薄壁圓管在平頭彈體側向沖擊下的損傷行為,試驗觀察到臨界破壞速度隨內充介質壓力增大而減小。程西云等[6]研究了梯度結構對氧化鋁陶瓷涂層抗沖擊載荷性能的影響,結果表明:較無梯度結構陶瓷涂層相比,梯度結構能有效減緩涂層與基體結合面上的應力突變,減緩表面陶瓷涂層的沖擊應力,從而防止陶瓷涂層在沖擊載荷作用下脫落。針對多循環次數下的沖擊磨損, HONG 等[7]對蒸汽發生器中的傳熱管進行了不同溫度下的沖擊磨損試驗,試驗發現在 290 ℃時,690 管的沖擊磨損速率要比常溫環境下高十倍多;LEE 等[8]研究了不同沖擊頻率對鋯合金管表面磨損的影響,試驗結果表明,隨著頻率的提高,磨損面積也隨之增大;SATO 等[9]探
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