Page 118 - 《摩擦学学报》2020年第4期

528 摩 擦 学 学 报 第 40 卷

10 400
9 8 7 Unworn 200 Worn Contact
Nnworn
Fretting slip amplitude/um 6 5 4 3 Stick Stick-slip boundary Worn edge Axial stress S11/MPa −200 0
Worn
edge
Contact
zone

0 2 1 Slip zone zone −400 Worn
width
−1 −600
−30 −25 −20 −15 −10 −5 0 5 −14 −12 −10 −8 −6 −4 −2 0 2
Position along axial direction/mm Position along axial direction/mm

Fig. 16 Fretting slip amplitude Fig. 17 Axial stress S11
图 16 微动滑移幅值 图 17 轴向应力S11

于零的区域为滑移区，等于零的区域则为粘着区，张 裂纹萌生有抑制作用，压应力释放后，抑制作用减弱.
开区的滑移幅值无意义，因此不在图中进行表示. 由 可以推测，随着磨损的继续，压应力进一步释放，轴
图16可知，在滑移区内，越靠近接触边缘微动滑移幅 向应力峰值增加并继续向内部移动，最终导致车轴
值越大. 失效.
据图14和图16，仿真得到的张开区宽度约为2.5 mm， 3.2.4 磨屑的影响
滑移区宽度约为22.8 mm. 与图5进行对比，张开区宽 基于图11所示有磨屑和无磨屑的磨损轮廓建立
度与磨损区宽度基本一致，损伤区宽度略小于滑移区 有限元模型进行计算，得到微动参量分布如图18所
宽度，这与张远彬等 [3-4] 在过盈配合小试样中得到的结 示，von Mises应力云图如图19所示. 由图18~19可知，
果基本一致. 试验过程中接触面摩擦系数在某一范围 无磨屑时，接触压应力峰值较高，且应力集中更靠进
内实时变化，由于该过程很复杂且无法准确监测，仿 接触区内部，摩擦剪应力变化趋势与之相同. 显然，堆
真时选取的固定摩擦系数值并不能完全表征接触面 积的磨屑在高压作用下形成新的表面，承受载荷并参
摩擦系数，这可能导致仿真与试验存在差异. 与磨损过程，这在一定程度上缓解了微动磨损.
3.2.3 轴向应力S11 本文中通过试验与仿真结合的方式研究了实际
图17所示为磨损与未磨损时，距接触最边缘不同 轮轴微动损伤对微动参量的影响机理. 其实，在复杂
位置处轴向应力S11分布. 未磨损时，由于过盈配合的 的真实服役载荷下，难以明确各个影响因素与微动损
约束，配合面上轴向应力S11为负值，且在配合边缘达 伤的关联. 因此，本文中的微动损伤试验采用了较为
到峰值；在磨损的作用下，接触边缘材料被移除，轮对 简单的载荷条件. 但是，轮轴微动损伤与实际列车服
轴约束减小，使磨损区域轴向应力S11由负变正，且应 役工况密切相关，研究轮轴过盈配合结构在复杂服役
力集中出现在磨损与未磨损的边界处. 因为压应力对 载荷下的微动损伤是下一步的研究重点.

500 400
Contact edge Contact edge
Debris Debris
400 No debris 300 No debris
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. 18 Fretting parameter distribution with or without debris
图 18 考虑磨屑、不考虑磨屑时微动参量分布