粗糙表面在滑动过程中的摩擦生热研究
西南油大 学石报 学 （自科 然版学 ）２ ０ １
年５ ４月 第 ３７ 第卷 期 ２Ｊ ｏｕ ｒ ａｎ ｌ ｏ ｆＳ ｏｕ ｔｈ ｗ ｓｅｔ Ｐ ｅ ｔｒ ｏ ｌ ｅｕ ｍＵｎ ｉ ｖｅ ｒｓ ｉｔ ｙ Ｓ ｃ（ ｅｉｎ ｃ ｅ Ｔ＆ ｃ ｅｈ ｎｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｅ ｄ ｉ ｉｔ ｏ ｎ） 钭 挥
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图中分类 号： ＴＥ ９３ ４
文 献 标志码 ： Ａ
粗
糙表面滑在动过中程的摩擦热生研究
传 军 ， 张韩 ， 梁 杰政
西 石南 大学 机油电 程工学 院 ， 川四成 都 ６ １ ０ ５００
摘
要
：研为究粗糙 表 在 面滑摩擦动过程 的中热力 动问学 ， 题基 于 — Ｗ（ Ｇｒ ｅ ｅＧ ｎｗ ｏｏ ｄ－ Ｗ ｉ ｌｌ ａ ｉｓ ｍｏｎ ） 型模 ，建 了立一 个
含形微球凸 体粗表糙面与理 想 面平 滑动的触接模 。型使用有 限元法对 模该型的 滑摩擦动 程过行 了热进耦合计机 ， 并研算 究了相 对滑动 度速、 初始 压 入量和摩擦因数 粗糙 体对升 、 温效等 应和接力 应触力的响影。 果结表明 ，粗 糙体表面
温 度 化变历 程 分 可为 剧急增 长 和缓 慢增 两 个长 阶段 微；凸 体上 出现 局 部 高 温 区， 且 其高应力 偏区向 滑 移 方 向 一 ； 相
侧对运
速度越动高 ，温 度程 第一历 阶段 个对 的应位 移量越就 大 ； 同初不压入 始量下 温度，程 历一 阶第 的段持 时续间本基
为０
． ０ ｍｓ ５；粗糙 的最大体等应效力和接 触力应随着压均入量和摩擦因 数的大增增而大 。 键词关：粗糙 表； 滑面动 ； 接触 ；有限元法 热机；耦 合
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传 军韩， 张， 梁 杰．政 糙 表粗面 在滑 过动 程 的中摩擦生 热研 究 ｆ Ｊ］． 西南 石油大 学学 报： 自科学然 版 ， ２ ０１ ，５ ３７ ２ ） （ ：１５ ９ － １ ６ ４
Ｈａ ｎ Ｃｈ ｕ ａ ｊ ｕ ｎｎ， Ｚｈ ａ ｎ ｇ Ｊ ｅ ，ｉＬ ａ ｉ ｇ ｎ Ｚｈ ｅｎ ．ｇ Ｓ ｕ ｔ ｙｄ ｏ ｎ Ｆ ｒ ｉｃ ｔ ｉ ｏ ｎａｌ Ｈｅ ａ ｔｉ ｎｇ ｏ ｆ Ｒ ｏ ｕ ｇ ｈＳｕ ｒ ｆ ｃａ ｅ ｎ ｉ ｔｈ ｅ Ｓ ｌｉ ｉｄ ｎｇ ｒ ｏＰ ｅｃｓ ｓ ［ Ｊ ．］ Ｊｏ ｕ ｒ ｎａ ｌ ｏ ｆＳ ｏ ｕ ｔ ｈｗ ｅ ｓ ｔ Ｐｅｔ ｒ ｏ ｌｅｕ ｍ
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＋
收稿 日 期２：０ １ ３ － ９０— ０ ２
络网 版出 间 ：时２０ １ ５ — ０２ — ２ ３
通 作 者信 ：韩传 军，Ｅ ．ｍ ｉ ａ ｌ ｈ ａ：ｎ ｃ ｈ ｕ ａ ｎ ｕｊｎ １ ＠ ２ ．６ｃ ｏ ｍ
基 金项 ：国家目 自然科 学基 金 ５（１ ４ ４ ７１８ ）０。
２第期
韩
军传 ，： 等粗糙 表面滑动过程 中在摩擦的生 热 研 究
＿
龟 姆
１６３
体 表 面 的最 高 温 随升运 动时 间 变 历 程化 虽 然 。初
律 。
见 可，二 者 随摩擦 因数 的增均大 而增 加但是。，
始压量入同，不但最高 温变度化历第经一个阶段的
时 间较 为 接近 ， 基 本均 在０． ０ ５ ｍｓ 时 温 刻度曲线 发 生变突。压人 量 越 大 ，粗 糙 表 面体温 度达到 近似 平 衡 态状时 的 温 值 就度 越大 ， 即在 滑移 过 中产 程生 的`热 量 越多 ，而 且 度温 值第 二 在 个段 阶增的长量 也 略 大 。图 为 １９ ｍｓ刻时粗 糙 体表 面最大 等 效 应 力 和 接 触 力 应随初始 压人量 变 的化 ，初 始 压 入量 对 二者
着摩擦随数因增的大， 最大 等应效 力的增量更长 ，大
明摩说擦 因 对 等数效应 力 影的响大 于 对接其 触应
的影 力响。
１ ６ Ｏ
１２ ０
ｐ
８０
赠
ｏ４
应力值的影响 规律基本同相 它们与，压入近量似 成线性
关 系 。
Ｏ
０
０． ２
０
． ４
０ ．
０ ６．８
１
０ ．
间时历程 ／ｓｍ
ｐ
＼
图ｌ
不 ０同摩 擦因数 的温下 变化度 程
历 ｉＦｇ ．１ ０ Ｔ ｍｐｅｅ ｒａｔ ｕ ｒ ｅ ｃ ｈ ａ ｇ ｉ ｎｎｇ ｃ ｏ ｕ ｒ ｓ ｅｕ ｄｎ ｅ ｒ ｄ ｉｆ ｆ ｒ ｅｅｎ ｔ ｆｒ ｉ ｃ ｔ ｉｏｎ ｃ ｏ ｅ ｃｉｆ ｉ ｅ ｎｔ ｓ
越
赠
时 历间 程／ｍｓ
量 图８不 同压 入 下量的温变化 历程 度
ｉＦｇ ． ８ ｅ ｍｐＴ ｅ ｒａ ｔｕ ｒｅ ｃｈ ａ ｎ ｇｉｎ ｇ ｃｏ ｕ ｒｓ ｅ ｕ ｎｄ ｅ ｒｄｉ ｆ ｒ ｅ ｎｅ ｔｐｒ ｅｓ ｓ ｕｒ ｅ ｉｔ ｎ ｋａｅ ｓ
摩
因数
擦图 １ 不１同摩 擦 数因的应力下
Ｆ 值 ｉｇ ． １１ Ｓ ｔｒ ｅ ｓｓ ｓｅ ｕｎ ｄ ｅ ｒｄ ｉｆｆ ｒｅｅ ｎｔ ｆ ｒ ｉｃｔ ｉ ｏｎ ｃ ｅｏｉ ｃｆ ｅｉ ｎ ｔ ｓ
４
结 论
压八 量
／ ｐ ｍ
（
１ ） 粗 体糙的 热 量 要 主 中在集滑动 表 面，粗 糙 体表 面 微 的凸 上 体现出局 部高 温区， 而且 滑 移 过程
图
９不 同压 入量 下 的 应 值
Ｆ力 ｉ ．ｇ９ Ｓｔｒ ｅ ｓｓ ｅ ｓ ｕｎｄ ｅｒ ｉｄｆｅ ｒ ｎｅｔ ｐ ｅ ｓｒ ｓｕ ｒ ｅ ｉ ｎｔａ ｋ ｅｓ
－ ３ 摩 擦 因数 的影 ３响分析
中微
体凸的应力 高偏 区了向滑移方向侧 一，与 态 静触接 应力 分 布不中同 。 （ ）２粗 体表糙最高面温度随运动时间的 变过化
程 可 为分 剧急增长 和缓 慢 长增两 个阶 段。 对相运 动
征两摩擦表表摩面擦状的一态重个要参数是就 摩 因数擦， 它直影接接响触面间的摩之生热擦量和 接 触
应力 小 大图。 １０为两接 触 表 面的 摩擦 因 数不 同时 ， 粗 糙 体表 的最面高 温 度变化 曲线 。 摩擦 因数
大越 ， 时接 触面之 间产 生的 热 就 量越多 ， 温 度 变 化
度速高 ，越 最温度在第高一变个化阶段 持续位的
移就量 越 大 ； 用采不 同压的 人 量 时，温 度 化变 的第 个一阶段 续持 的 间基 本均时 Ｏ ． ０ ５为 ｍｓ ；着摩随 擦因数 的 大增， 温 度变 的化 第一个阶段 持续 的 时间 略 长 。 （ ３） 糙粗体 表 面 的最 大 触 接 应力 与等效 应 随 力 着 动运速度 的 增大 而增大 ；初 始 压 量人 粗 糙 体 与表
的 一 第 阶段持 个续 的时间 略 长 当摩。擦 因 数别 分 ０为． １， ０． ２ ，０ ３－和 ０． 时４， 第 阶 一 段的持 续 时间 分别 对应 为０ ． ０ ， ５０． ８ ０， ０．１ １ 和 ０． １４ ｓｍ 。 同时在 该 阶 段的 度温增 长率 也 越 大 ，温度 在 二个第阶 段 的 化 量变 也 随 擦 因数 的增 摩而增大 大。 图 １１为 １ｍ ｓ时 糙 体 粗 最的大 等 效 应 力 和接 应 触 随力 擦摩 数 的因变 规 化
最面等大效应力接和应触值力近呈似性变化 线； 摩
擦 数因 对等效 应 力 值 的影响 大 于 对 接其触 应 力 的值
影响。
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