Page 60 - 摩擦学学报2025年第9期

1314 摩擦学学报（中英文） 第 45 卷

擦系数和载荷的变化趋势，可以看出在摩擦系数的影 为了更直观地评价摩擦系数对应力的影响，对数
√
响下应力最大值区域从z轴向着滑动方向发生了偏 据进行了无量纲化处理，即相对应力值 J 2 /p 0 在
移，且随着摩擦系数的增大，偏移量也增大，另外载荷 z/a和x/a构成的平面中的分布. 图11所示为不同载荷
的增大也会导致应力的增大以及最大应力偏移量的 下1#钢和2#钢在xOz平面的相对应力分布等高线图.
√
增大. 这意味着引入摩擦后，裂纹萌生位置将会从次 可以看出，随着载荷的增大，相对应力值 J 2 /p 0 呈现
表层移动至表面，在往复摩擦的过程中摩擦表面的裂 出与摩擦系数相同的变化趋势，即先增大后减小的趋
纹扩展，导致磨损表面组织剥落并产生碎屑产生失重. 势. 同时，在摩擦过程中，应力从表面向内部扩散的过
同时，应力集中在朝向滑动方向一侧，这一侧更容易 程中不断减小，且离表面同距离的位置中，滑动方向
产生裂纹和屈服，这是磨损表面在滑动方向一侧产生 一侧的应力值大于另一侧的应力，这与图5中次表面
犁皱和堆积的原因. 的应变程度由表面至基体逐渐降低相符合.

Relative contact stress Relative contact stress Relative contact stress

2.0 0.749 2.0 0.825 2.0 0.731
0.643 0.708 0.627
1.5 0.515 1.5 0.567 1.5 0.502
z/a 1.0 0.386 z/a 1.0 0.426 z/a 1.0 0.377
0.258 0.284 0.252
0.5 0.5 0.5
Max 0.749 0.130 Max 0.825 0.143 Max 0.731 0.127
0.0 0.002 0.0 0.002 0.0 0.002
−2 −1 0 1 2 −2 −1 0 1 2 −2 −1 0 1 2
x/a x/a x/a
(a) μ=0.762 (b) μ=0.800 (c) μ=0.699

Relative contact stress Relative contact stress Relative contact stress
2.0 0.754 2.0 0.828 2.0 0.700
0.647 0.711 0.601
1.5 0.518 1.5 0.569 1.5 0.481

z/a 1.0 0.389 z/a 1.0 0.427 z/a 1.0 0.361
0.260 0.285 0.242
0.5 0.5 0.5
Max 0.754 0.131 Max 0.828 0.144 Max 0.700 0.122
0.0 0.002 0.0 0.002 0.0 0.002
−2 −1 0 1 2 −2 −1 0 1 2 −2 −1 0 1 2
x/a x/a x/a
(d) μ=0.767 (e) μ=0.803 (f) μ=0.669

Slide direction
√
Fig. 11 Isoline diagram of J 2 /p 0 in xOz plane of 1# and 2# steels: (a) 1#-10 N; (b) 1#-50 N; (c) 1#-90 N; (d) 2#-10 N;
(e) 2#-50 N; (f) 2#-90 N
√
图 11 1#钢和2#钢的 J 2 /p 0在xOz平面的等值线图：(a) 1#-10 N；(b) 1#-50 N；(c) 1#-90 N；(d) 2#-10 N；(e) 2#-50 N；(f) 2#-90 N

√

2种钢在不同载荷下的基础参数及xOz平面的 表 3 钢在不同载荷下的基础参数及xOz平面的 J 2值
√
√ Table 3 Basic parameters and J 2values of xOz plane
J 2 的相关值列于表3中，随着载荷的增大，绝对值
√ √ under different loads
J 2 也增大，即从10 N增大至50 N时，绝对值 J 2 增长
√ Steels Load/N p 0 /GPa Friction coefficient √ J 2/GPa
了47%；从50 N增大至90 N时，绝对值 J 2 增长了3%，
10 N 1.580 0.762 1.183
小于接触区中心压力p 增长的18%. 这种区别反映了 1# 50 N 2.702 0.800 2.232
0
高载荷对有摩擦的接触系统的两方面影响：一方面， 90 N 3.286 0.669 2.300
√ 10 N 1.580 0.767 1.191
高载荷会减小摩擦系数从而导致绝对应力值 J 2 减
2# 50 N 2.702 0.803 2.237
小；另一方面，高载荷增大接触中心压力，从而导致绝 90 N 3.286 0.699 2.300
√
对应力值 J 2 增大，两者的竞争关系最终决定系统的
应力状态，在高载荷下磨损失重随载荷的增大反而减 3 结 论
小的现象可能与这一过程有关. a. 2#钢相对于1#钢在10、50、90 N下的磨损程度