混杂纤维增强摩擦材料

【摘要】本文利用正交试验设计方法，对混杂天然生物纤维增强摩擦材料进行摩擦磨损实验，得到了摩擦材料的摩擦因数和磨损率的变化规律，并对摩擦材料的磨损形貌进行了观察分析。对混杂天然生物纤维增强摩擦材料进行摩擦磨损试验。混杂生物纤维增强摩擦材料的摩擦因数在升温摩擦过程及恢复过程中较为平稳，而未添加生物纤维的摩擦材料摩擦因数波动大。生物纤维增强摩擦材料磨损率较未添加生物纤维摩擦材料低，且生物纤维增强摩擦材料磨损率变化过程一致，在温度达到200℃时磨损率升高，温度达到250℃时磨损率较200℃时低，随着温度继续升高，磨损率增大。对混杂天然生物纤维摩擦材料进行模糊综合评价结果表明，摩擦因数评价结果最好的为M8号试样，综合评价值为0.73，对比试样综合评价值为0.48；磨损率评价结果最好的为M6号试样，综合评价值为1，对比试样综合评价值为0.693，对摩擦因数和磨损率进行综合评价，结果显示，综合性能最好的为试样M9，综合评价值为0.75，对比试样综合评价结果为0.54，对综合评价结果进行极差分析，结果显示，竹纤维、羊毛纤维和黄麻纤维含量分别问3%，3%，1%时摩擦材料综合性能最好，与模糊综合评价法评定出的结果一致。而碳纤维质量百分数为0%、7.0%和29.6%时，抗热衰退性能和恢复性能均较差，变化并不显著。碳纤维质量百分数为11.3%的碳纤维增强摩擦材料的摩擦系数比较稳定，对温度的变化不敏感，没有出现严重的高温热衰退现象。4种摩擦材料的磨损率均随着摩擦温度的升高而增加；添加质量分数为11.3%碳纤维的摩擦材料具有较好的耐磨性能，其次为加入碳纤维为29.6%的摩擦材料，无碳纤维摩擦材料表现出最差的耐磨性能，其磨损表面粗糙不平，有黏着脱落现象。建立的单根纤维的应力传递分析方法，建立摩擦材料中单根纤维段裂破坏过程的蒙特卡洛分析方法。在此基础上，分析单纤维复合体系段裂破坏过程的影响因素。结果表明：当纤维强度分布的Weibull形状参数m较大时，单纤维复合体系段裂过程完成时纤维段裂的段数较多。随之纤维尺度参数的增加，纤维的断裂数量也在逐渐增多，以m=5为例当应变载荷为1.7%时出现断裂纤维，随着应力的逐渐增加，断裂纤维的数量也逐渐增多，当应变载荷达到4.1%时断裂纤维的数量达到最大，之后随着拉伸应力的增加，断裂纤维数量不在增加，说明此时纤维已经完全断裂成纤维段。建立了单纤维复合体系的数值分析模型，充分考虑纤维、基体和界面项的参数，结合剪切滞后理论，采用纤维与界面共节点的结合方式进行建模，在此基础上对纤维进行应力分析，结果表明，纤维在单纤维复合体系中起到主要承载作用，随着应力的逐渐增加，纤维的承载能力下降，当轴向载荷为3%时，纤维的载荷降低到2400N左右。模拟了单纤维复合体系中纤维在外载荷作用下的断裂过程，并分析断裂后纤维的受力情况。纤维断裂后纤维的应力会进行重新分布，但是由于基体的联接作用，纤维可以继续承担载荷。继续增加外载荷，纤维的应力逐渐恢复。从图中可以看出纤维发生断裂后，每一段纤维的应力分布形式基本相同，但是每一段的承载能力下降。
【作者】沈生龙；
【导师】马云海；
【作者基本信息】吉林大学，农业机械化工程，2014，硕士
【关键词】摩擦材料；混杂天然生物纤维；摩擦磨损；MonteCarlo；单纤维复合体系；

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