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基于数字化技术的UHMWPE材料摩擦学特性研究
中文名称: 基于数字化技术的UHMWPE材料摩擦学特性研究
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论文编号: 3121843收藏本论文】【我的收藏】【我要投稿
英文名称: Tribological Study of UHMWPE Based on Numerical Technology
学位类型: 博士毕业论文
作者: 涉及隐私,隐去***  作者本人请参看权力声明>>
导师: 涉及隐私,隐去***
毕业学校: 涉及隐私,隐去***
专业: 机械设计及理论
毕业年份: 涉及隐私,隐去***
关键字: 摩擦学 数字化技术 表面织构 摩擦热 蠕变 超高分子量聚乙烯 材料
简介目录: 点击此处 免费索取本论文简介和目录>>
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论文简介:以超高分子量聚乙烯(UHMWPE)为代表的热塑性工程塑料在生物医学、微电子机械、海洋工程等高新科技领域以及粮食加工、纺织机械、化工机械等行业中发挥着越来越重要的作用,成为极具应用前景的新型摩擦学材料。但是,在实际使用过程中,UHMWPE等热塑性工程塑料的摩擦学性能还存在一些难以克服的不足,最具代表性的问题是对摩擦温升很敏感,其材料强度,变形与蠕变性能都受到温度的影响。尽管如此,在某些工况条件下,由于系统对这些材料除了摩擦学性能以外的其它性能的特殊要求,使得它们目前还具有不可替代性,因此,热塑性塑料的摩擦学问题已经成为具有重大科学意义的基础研究课题。 受到国家自然科学基金项目(50175041)的资助,本文主要开展了以下几个方面的研究工作: ⒈首先对研究背景和意义进行了论述,明确了解决问题的基本途径。 ⒉基于宏观地表和微观真实表面之间的内在相似性,将规范的三维表面描述模型DEM方法引入摩擦学,实现了DEM方法对物体真实表面形貌的规范描述,为微观真实粗糙表面几何形貌描述提供了一种新的手段。根据科学计算可视化原理,从二维数字化图像识别技术入手,开发了由二维高度图像获得到三维表面的高度数据的计算程序,解决了三维模型高度数据获取的问题,并经过对AFM,1hylor Hobson等实测表面的重构验证,确定了该方法的实用性和准确性。 ⒊针对一般接触模型仿真计算中使用参数比较简单,不适用UHMWPE等热塑性塑料摩擦接触研究的问题,专门测定了常温和变温条件下UHMWPE真实变形规律——真实应力应变曲线和温度对强度影响曲线,并将其应用到基于真实压缩变形规律柱状接触模型的建模,使得模型更准确地反映了UHMWPE材料摩擦接触过程中的压缩变形和摩擦热影响规律,更具有实用价值。提出了柱状模型的接触计算方法和计算流程,并编制了相应的计算软件SimConW,用于UHMWPE表面的动态承载能力和摩擦功率分布的量化评价,为UHMWPE材料表面形貌和表面织构的摩擦学评价奠定了基础。 ⒋研制了用于评价摩擦热对UHMWPE的摩擦学性能影响的准绝热试验装置。应用元胞自动机对摩擦表面温度分布随时间的变化情况进行了模拟计算,寻找影响摩擦温升大小及分布的原因。结合对摩擦系数和温升的同步测量以及对微观表面形貌的观测,系统地研究了温升对摩擦系数、磨损机理的影响。 ⒌为满足摩擦学表面设计对微米级表面织构设计和制备方法的需求,尝试设计了几种微米级表面织构。通过基于SimConW的接触计算分析,提出了摩擦学表面织构的设计建议。开发了经济可行的人造表面织构的制作方法,在UHMWPE试样上制作了两种人造表面织构,并进行了仿真研究和摩擦学试验,获得了较理想的试验结果,验证了表面织构的设计思想。 ⒍针对UHMWPE零部件所具有的典型的摩擦蠕变交互工作条件,应用摩擦-蠕变复合摩擦磨损试验方法对具有表面织构的UHMWPE试样进行摩擦学试验,结合压缩与热变形机理研究,提出了摩擦蠕变交互条件下表面织构对UHMWPE/钢摩擦副的作用机理。
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