Page 117 - 《摩擦学学报》2020年第4期

第 4 期 袁才钦, 等: 铁路车轴过盈配合面微动损伤分析及有限元仿真 527

损的作用下，接触边缘的材料被移除，接触压应力减
1
小，而如图17所示的轴向应力增加. 当轴向应力和弯
曲应力的比值达到某一临界值后，配合面发生分离，
Amplitude 0 张开区出现在接触边缘 [25-27] . 张开区的接触压应力为
零，而新的接触压应力峰值出现在磨损导致的几何不
连续处，即磨损-未磨损边界. 接触区内部轻微的微动
磨损几乎没有改变接触几何形貌，其接触压应力分布
−1
F y
F z
与未磨损时一致.
0 1 2
Step 如图14(b)所示为磨损与未磨损时，距接触最边缘

不同位置处摩擦剪应力分布. 由于滑移区的摩擦行为
Fig. 13 Harmonic wave diagram of F y and F z
遵循库伦摩擦定理，因此摩擦剪应力的分布与接触压
图 13 两分力简谐变化图
应力一致，仅数值有区别. 图15所示为磨损与未磨损
3.2.1 微动磨损对微动区应力的影响 时，车轴配合面同一位置处的von Mises应力云图. 由
如图14(a)所示为磨损与未磨损时，距接触最边缘 图15可以直观看出，微动磨损导致应力集中由接触边
不同位置处接触压应力分布. 由图14(a)可知，未磨损 缘向内部移动.
时，由于轮轴接触边缘仅发生滑移，边缘效应导致接 3.2.2 微动滑移幅值
触压应力峰值出现在最边缘处. 随着距接触边缘距离 图16所示为磨损与未磨损时，距接触最边缘不同
增加，接触压应力迅速减小，最终趋于平缓. 在微动磨 位置处微动滑移幅值分布. 接触表面微动滑移幅值大

500 400
Unworn Unworn Contact edge
400 Worn 300 Worn
Contact pressure/MPa 300 Frictional shear stress/MPa 200

200
100
100
0 0

−15 −10 −5 0 −15 −10 −5 0
Position along axial direction/mm Position along axial direction/mm
(a) Contact pressure distribution (b) Frictional shear stress distribution

Fig. 14 Stress change in fretting zone
图 14 磨损与未磨损时，微动区应力变化

y Contact edge y
S, mises x S, mises x Contact edge
(Avg:75%) z (Avg:75%) z
+5.346e+02 +3.812e+02
+4.938e+02 +3.525e+02
+4.529e+02 +3.238e+02
+4.120e+02 +2.951e+02
+3.712e+02 +2.664e+02
+3.303e+02 +2.378e+02
+2.894e+02 +2.091e+02
+2.486e+02 +1.804e+02
+2.077e+02 +1.517e+02
+1.668e+02 +1.230e+02
+1.259e+02 +9.432e+01
+8.508e+01 +6.563e+01
+4.421e+01 +3.694e+01
(a) Unworn (b) Worn

Fig. 15 Von-Mises stress distribution
图 15 Von-Mises应力分布