项目名称: 传动件接触表面润滑及疲劳损伤机理研究

项目编号: No.11472200

项目类型: 面上项目

立项/批准年度: 2015

项目学科: 数理科学和化学

项目作者: 周琨

作者单位: 武汉科技大学

项目金额: 75万元

中文摘要: 传动件广泛应用于航空航天、汽车制造等领域, 但在周期性重载荷下,其表面磨损以及近表面疲劳断裂会导致零部件的性能降低甚至损毁,特别是当其近表面存在夹杂等微观缺陷。尽管润滑剂能缓解该类损伤及破坏,传动件接触表面在润滑条件下的疲劳损伤机理尚不明确,其可靠性及寿命预测还缺少完整的理论模型。本项目旨在建立传动件非光滑接触表面下含夹杂等缺陷时,在弹性流体动力润滑状态下的力学模型,分析其表面摩擦磨损,近表面裂纹形成与扩展以及由此导致传动件寿命的降低。该模型的建立基于微观力学、接触力学和计算流体力学,将综合运用Eshelby等效夹杂理论、分布位错法、接触算法、磨损理论、弹性流体动力学等方法。同时,摩擦疲劳损伤测试、近表面缺陷检测以及形貌分析等手段将被用来为模型提供可靠的物理参数以及实验验证。该研究将对传动件的设计制造、使用维护以及润滑油的选择产生非常重要的影响。

中文关键词: 接触力学;微观力学;计算力学;损伤机理

英文摘要: Transmission components are widely used in aerospace and automotive industries, however,they are often subject to wear and contact fatigue damages when they operate under heavy cyclic contact loading, especially in the presence of subsurface micro-defects such as inclusions. To alleviate such damages, lubricants are usually employed to prevent direct contact between two surfaces. However, the damage mechanisms of transmission components under lubrication conditions are still unclear and the mechanics model capable of predicting their reliability and life time is not available. Thus, the proposed project aims to develop a quantitative mechanics model to understand the contact fatigue and wear damage mechanisms of transmission components under elastohydrodynamic lubrication conditions, with the effects of surface roughness and subsurface micro-defects being taken into account. Based on this model, the surface wear and the subsurface micro-crack nucleation and propagation behaviors of the components can be analyzed and their remaining life time can be estimated. The quantitative mechanics model would be developed based on micromechanics, contact mechanics and computational fluid dynamics by integrating Eshelby' equivalent inclusion method, the distributed dislocation technique, the contact mechanics theory, the wear law and the fluid dynamics. Experimental methods including wear and contact fatigue testing, subsurface micro-defect detection, and surface profiling will be used not only to provide physical parameters for the mechanics model but also validate it. This study will not only enrich the knowledge of mechanics but also be of great significance for the design, manufacturing and maintenance of transmission components as well as for the selection and optimization of the lubricants.

英文关键词: Contact mechanics;Micromechanics;Computational mechanics;Damage mechanism

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