初始粗糙面对切向微动行为影响数值研究

黄帅宗，刘 娟，沈火明

（西南交通大学力学与工程学院，成都 610031）

微动（（Fretting）是指机械振动、疲劳载荷、电磁振动或热循环等交变载荷作用下，接触界面间发生的振幅极小（一般位移幅值为微米量级）的相对运动［1］。切向微动大量存在于实际工程中，其运动幅值微小，且产生的影响不易观察，但其引起的磨损和疲劳损伤所造成的零部件磨损失效不可忽视。

在机械工程中，表面轮廓形貌在微动磨损机理研究中扮演着非常重要的角色，通过对接触体表面轮廓形貌分析，可以确定材料的磨损状态，并能从磨损表面形貌信息中推测出材料损伤失效形式［2］。近年来，一些研究学者发现表面形貌在金属微动磨损机理研究中有着重要的作用［3-5］。

Kubiak K J［6］（2010）等人利用通过铣削和光滑磨料抛光过程所形成的表面，在切向微动中研究了全滑移和部分滑移条件下初始表面粗糙度与加工过程对微动的影响。随后，Kubiak K J［7］（2011）等人引入磨损活化能的概念，通过试验研究了初始表面粗糙度对摩擦和磨损过程的影响。观察到较高的表面初始粗糙度会使得摩擦系数降低并提高表面材料磨损率。对于越光滑的表面，磨损激活能量越大。在全滑移过程中，较低的表面初始粗糙度可以延缓磨损过程的激活并降低磨损率，但是也会增大摩擦系数。

由于试验研究很难发现微动磨损过程中接触表面的演变规律，因此可以使用有限元方法进行预测。Yue Tongyan［8］等人（2014）对微动磨损中部分滑移和全滑移状态下应力奇异性进行有限元分析。……