Page 38 - 《摩擦学学报》2021年第4期

第 4 期 卢铜钢, 等: 洛伦兹力与温度场作用下枢轨摩擦磨损特性 481

0.005
200
Regardless of temperature
Considering temperature 0.004
Wear volume/mm 3 100 Wear depth/mm 0.003
150

0.002
50
0.001
Regardless of temperature
Considering temperature
0 0.000
0.000 0 0.000 5 0.001 0 0.001 5 0.002 0 0.000 0 0.000 5 0.001 0 0.001 5 0.002 0
Time/s Time/s
(a) Wear volume (b) Wear depth

Fig. 18 Wear volume and wear depth with time
图 18 磨损体积和磨损深度随时间变化曲线
深度急剧增大，达到最大值0.004 9 mm；0.7 ms至发射 B: Transient structural
Directional deformation
出膛，磨损深度呈逐渐降低趋势. 由此发现，磨损深度 Type: Directional deformation (Y Axis)
Unit: mm
变化曲线和枢轨间接触压力变化曲线具有相似的变 Coordinate system
Time: 1.001 9
化趋势. 随着脉冲电流逐渐升高，枢轨间接触压力逐
渐增大，电枢表面磨损深度也逐渐增大；反之逐渐变 0.276 07 Max
0.239 4
0.202 74
小. 对比磨损深度变化曲线，在温度影响下，材料杨氏 0.166 08
0.129 41
模量随温度升高逐渐降低，枢轨间磨损深度逐渐变大. 0.092 747
0.056 083
温度作用下电枢表面磨损总体深度为0.113 3 mm，相 0.019 419
−0.017 245
−0.053 909 Min
比枢轨材料杨氏模量不受温度影响下电枢表面磨损 0 15 30 mm
总深度增大了0.002 4 mm. 在温度作用下，材料杨氏模
Fig. 19 Deformation of the armature surface after launching
量随枢轨接触界面间温度升高逐渐降低，枢轨间接触 图 19 电枢出膛后表面变形量
压强逐渐变大，电枢表面磨损深度逐渐加深.

3.3 温度作用下硬度的变化对磨损的影响 B: Transient structural
Equivalent stress 3
电枢出膛后接触表面垂直方向变形量分布情况如 Type: Equivalent (von-mises) stress
Unit: MPa
图19所示. 从图19中可以看出，电枢表面前部变形量 Time: 1.001 9
最小，并逐渐向尾部增大，磨损量最大值为0.276 1 mm.
241.23 Max
从电枢表面变形量整体分布情况来看，表面前部呈线 214.5
187.76
性增大趋势，电枢表面中后部为变形量最大区域. 电 161.03
134.29
107.56
枢表面最大变形区域由尾部边缘向中心区域扩展；材 80.824
54.089
料硬度随枢轨间温度升高逐渐降低，表面材料软化， 27.353
0.618 44 Min
最大变形区域进一步扩大. 电枢尾翼中后部区域由于 0 15 30 mm

趋肤作用导致电流局部集中，电枢尾部洛伦兹力增 Fig. 20 The Mises stress distribution of the armature
大，电枢表面磨损量增大. 电枢出膛后Mises应力分布 图 20 电枢Mises应力分布云图
情况如图20所示. 电枢整体应力分布不均匀，大部分
区域应力在27 MPa左右，应力值最大区域发生在表面 致系统发射效率不高.
前部局部范围内，最大值为241.23 MPa. 电枢发射出 考虑温度作用下材料硬度的变化对枢轨间磨
膛后，表面仍存在残余应力，说明电枢和轨道在接触 损体积的变化规律如图21所示. 由图21(a)可知，考虑温
过程中已经发生塑性变形，加重了枢轨接触面间不光 度 变 化 对 材 料 硬 度 的 影 响 ， 枢 轨 间 磨 损 体 积 为
3
滑程度. 在电磁轨道炮发射过程中，枢轨接触界面间 411.205 8 mm ，而忽略温度影响电枢磨损体积为
3
产生大量热量，表面材料受温度影响硬度降低甚至熔 195.451 4 mm ，磨损体积增大了近一倍，说明温度造
化，降低枢轨间接触性能，电枢转捩发生概率增大，导 成材料硬度的改变，进而直接影响枢轨间磨损体积的