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网络互穿铝基复合材料摩擦磨损性能与应用研究

作　者: 刘高志
导　师: 王守仁
学　校: 济南大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 网络互穿复合材料 摩擦磨损 有限元模拟 铝基复合材料
分类号: TB33
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


近年来，三维网络贯穿复合材料得到了越来越广泛的关注及应用。这种复合材料的增强体与基体在三维空间中相互贯穿和连通，能够充分发挥其每一相的独特性能，这种结构避免了传统颗粒和晶须增强复合材料的组织分布不均和各向异性等问题。在三维空间交织的双连续三维网络结构作为一个整体，其在磨损过程中更不容易脱落，提高了复合材料的耐磨性。课题中增强体采用304不锈钢丝编织成三维网络骨架，以A390铝合金作为基体，通过压力浸渗技术制备三维网络互穿双金属铝基复合材料，利用MMG-10型气氛保护摩擦磨损试验机对复合材料的干滑动摩擦磨损试验，分析载荷、滑动速度对三维网络互穿铝基复合材料的摩擦磨损性能的影响；采用HX-100TM光学显微镜，HITACHIS-2500型扫描电镜SEM，能谱分析(EDS)等对复合材料微观组织以及磨损形貌进行观察，探讨三维网络互穿铝基复合材料的磨损机制；基于非线性回归的方法，结合R软件建立磨损模型。结果表明：基体与增强体的界面结合良好，随着主轴转速的增加摩擦因数增加，随着载荷的增加，摩擦系数减小；随着主轴转速以及载荷的增加磨损量均增加；其磨损机制主要为粘着磨损；从磨损方程中可以看出，在三个因素（载荷、转速、时间）中，转速对磨损量的影响最大，时间次之，载荷最小，所建立的磨损模型与磨损量实测值拟合良好。建立复合材料的几何模型，对其摩擦过程应力应变进行有限元仿真模拟分析，模拟结果表明：在摩擦过程中，增强体以及其界面处应力较大，且在界面处铝基体产生最大的应变，应力应变都具有与增强体轮廓相吻合的曲线；在增强体不同方向连接筋的交接处产生应力集中，是复合材料失效破坏的主要原因；随着载荷以及主轴转速的增加，应力应变均增加，即加速材料的失效；随着增强体体积分数的增加复合材料抵抗变形的的能力增加。通过对复合材料裂纹扩展分析，得出增强相的存在增加了裂纹扩展阻力，材料的断裂韧性得到了提高，基体所分担的应力减小，减缓了材料的疲劳失效。

全文目录


摘要  7-8
Abstract  8-10
第一章 绪论  10-22
  1.1 选题的目的和意义  10-11
  1.2 三维网络增强铝基复合材料的研究动态  11-17
    1.2.1 三维网络骨架模型建立的研究动态  11-14
    1.2.2 铝基复合材料摩擦磨损研究动态  14-16
    1.2.3 复合材料性能有限元分析研究动态  16-17
  1.3 摩擦磨损理论  17-21
    1.3.1 摩擦  17-19
    1.3.2 磨损  19-20
    1.3.3 材料耐磨性及其评定  20-21
  1.4 本文研究内容  21-22
第二章 网络互穿铝基复合材料干滑动摩擦磨损性能  22-38
  2.1 试验目的  22
  2.2 试验材料  22
  2.3 试验设备  22
  2.4 304/A390 复合材料制备  22-25
    2.4.1 三维网络骨架编织  22-23
    2.4.2 复合材料浸渗过程  23-25
  2.5 磨损试验  25-32
    2.5.1 摩擦磨损试验机  25-26
    2.5.2 试样尺寸  26-27
    2.5.3 试验结果与分析  27-32
  2.6 磨损机理分析  32-34
  2.7 复合材料摩擦磨损回归统计模型建立  34-36
    2.7.1 函数确定  34
    2.7.2 线性回归模型的建立  34
    2.7.3 回归运算结果  34-35
    2.7.4 复合材料的磨损量预测值与实测值对比  35-36
  2.8 本章小结  36-38
第三章 复合材料摩擦过程有限元仿真分析  38-58
  3.1 销盘接触应力计算模型  38-41
  3.2 ABAQUS 接触分析  41-43
    3.2.1 接触分析常见问题  41-42
    3.2.2 ABAQUS 接触分析步骤  42-43
  3.3 ABAQUS 对复合材料销盘宏观接触问题仿真实现  43-47
    3.3.1 复合材料宏观二维销盘接触应力分析  44-46
    3.3.2 复合材料宏观三维销盘接触应力分析  46-47
  3.4 ABAQUS 对复合材料销盘细观接触问题仿真实现  47-54
    3.4.1 复合材料建模  47-48
    3.4.2 结果与讨论  48-54
  3.5 复合材料疲劳微裂纹扩展研究  54-55
  3.6 本章小结  55-58
第四章 铝基复合材料应用  58-62
  4.1 网络互穿铝基复合材料的制备  60
  4.2 制备复合材料伞齿轮  60-61
  4.3 本章小结  61-62
第五章 结论与展望  62-64
  5.1 结论  62-63
  5.2 展望  63-64
参考文献  64-68
致谢  68-70
附录  70

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料
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