[发明专利]一种厚壁圆筒内壁磨损定量性研究方法

说明书

本发明公开了一种厚壁圆筒内壁磨损定量性研究方法，本方法以相互作用中比重最大的温度和接触压力为切入点，以机械磨损的根本诱因——机械运动为研究对象，以其产生的摩擦热来贡献不完全冷却厚壁圆筒传热模型，从而获得修正后的厚壁圆筒内壁全局温度分布，通过烧蚀磨损材料退化数学模型获得厚壁圆筒内壁全局烧蚀磨损量；以烧蚀磨损的根本诱因——温度为研究对象，以其产生的厚壁圆筒内壁热软化及热熔化来更新厚壁圆筒内壁一应材料特性，从而获得修正后的厚壁圆筒内壁全局接触压力分布，通过机械磨损材料退化数学模型获得厚壁圆筒内壁全局机械磨损量。通过本方法可以获得厚壁圆筒内壁全局磨损量，定量性研究厚壁圆筒材料退化过程。

技术领域

本发明属于摩擦磨损领域，具体涉及一种厚壁圆筒内壁磨损定量性研究方法。

背景技术

厚壁圆筒内壁磨损问题是轴筒式装置相对运动过程中难以避免的问题，其中存在两种磨损形式，即烧蚀磨损和机械磨损，两者的诱因之间存在复杂的相互促进作用。现有的研究方法主要是采用仪器仪表对厚壁圆筒进行烧蚀磨损测量，首先难以获得厚壁圆筒全局动态磨损量，其次对于厚壁圆筒的材料退化过程的监测难以实现，此外现有研究方法存在一定的局限性，缺乏对于机械磨损以及烧蚀磨损机械磨损相互促进机理的研究。本方法以相互作用中比重最大的温度和接触压力为切入点，以机械磨损的根本诱因——厚壁圆筒推进轴相对运动为研究对象，以其产生的摩擦热来贡献不完全冷却厚壁圆筒传热模型，从而获得修正后的厚壁圆筒内壁全局温度分布，通过烧蚀磨损材料退化数学模型获得厚壁圆筒内壁全局烧蚀磨损量；以烧蚀磨损的根本诱因——温度为研究对象，以其产生的厚壁圆筒内壁热软化及热熔化来更新厚壁圆筒内壁一应材料特性，从而获得修正后的厚壁圆筒内壁全局接触压力分布，通过机械磨损材料退化数学模型获得厚壁圆筒内壁全局机械磨损量；综合烧蚀磨损和机械磨损，从而获得厚壁圆筒内壁总磨损量。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种厚壁圆筒内壁磨损定量性研究方法，解决了现有技术存在的厚壁圆筒材料退化来源缺失，机械磨损和烧蚀磨损研究割裂进行，同时也解决了厚壁圆筒材料全局动态磨损难以测量的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种厚壁圆筒内壁磨损定量性研究方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、进行厚壁圆筒有限元建模；

步骤2、对有限元模型进行动态热位移分析，获得厚壁圆筒内壁机械摩擦生热，并基于ABAQUS二次开发子程序Film进行厚壁圆筒内壁和高温燃气对流换热，然后综合摩擦生热热分配和对流换热对厚壁圆筒进行热传导分析，得到厚壁圆筒内壁全局温度分布；

步骤3、推导烧蚀磨损退化模型，并基于ABAQUS二次开发子程序Umeshmotion，采用烧蚀磨损退化模型获得厚壁圆筒内壁烧蚀磨损量，其中烧蚀磨损退化模型如下式所示；

式中u为烧蚀磨损材料退化速度，q(τ)为厚壁圆筒内壁受热时平均热流密度，ρ为钢密度，L为钢熔化潜热，c_p为钢比热，t_p为钢材料最低熔点，t₀为外部环境温度；

步骤4、更新厚壁圆筒推进轴有限元模型材料动态特性；

步骤5、基于Archard磨粒磨损理论推导机械磨损退化模型，采用顺序耦合的方式，先对有限元模型进行动态显示有限元分析，获得厚壁圆筒内壁接触压力分布，再基于ABAQUS二次开发子程序Umeshmotion，采用机械磨损退化模型获得厚壁圆筒内壁机械磨损量，其中机械磨损退化模型如下式所示；

式中h为机械磨损量，K为炮钢/紫铜接触对磨损系数，通常取K＝6×10^-4，p为厚壁圆筒推进轴接触副接触压力，s为弹带与厚壁圆筒接触宽度，H为炮钢的硬度。