On analysis of cyclic plastic mechanism in fretting fatigue and fretting wear.pdf

1、上海交通大學(xué)博士后學(xué)位論文On analysis of cyclic plastic mechanism in frettingfatigue and fretting wear姓名：Xu JinQuan申請學(xué)位級別：博士后專業(yè)：Solid Mechanics指導(dǎo)教師：Feng Lu200409011 ． I n t r o d u c t i o nF r e t t i n gr e s u l t s f r o m c y c

2、l i cr e l a t i v ed i s p l a c e m e n tb e t w e e nt w o c o n t a c t i n gb o d i e sw h i c hi n d u c e sd a m a g ea t a n d ／o r n e a rt h ec o n t a c ts u r f a c e ．D e p e n d i n go nc o n t a c ts u r f

3、 a c ec o n d i t i o n s ( { e s u r f a c + ef i n i s h ，c o e f f i c i e n t o f “ f r i c t i o n ( C O F ) ，e t c ) a n d m e c h a n i c a l v a r i a b l e s ( i ．e ．a(chǎn) p p i i e d b u l k s t r e s s ，n o r m a

4、l f o r c e a n d r e l a t i v e d i s p l a c e m e n t ) ，f r e t t i n g d a m a g ec a n b e e i t h e r c r a c k n u c l e a t i o n a n dg r o w t h l e a d i n gt oc m a s t r o p h i cf a i l u r e ，o rf r e t

5、t i n gw e a r ( p e r m a n e n tm a t e r i a ll o s s ) ，o rc o m b i n a t i o no fb o t h ．T h ef o r m e r i sg e n e r a l l yr e f e r r e d t o a sf r e t t i n gf a t i g u ew h i c hr e s u l t si nr e d u c t

6、 i o no ff a t i g u el i f eo rs t r e n g t hr e l a t i v et oc o n v e n t i o n a Io r p l a i nf a t i g u e1 i m i t T h e l a t t e r j sc o m m o n l y r e f e r r e d t o a sf r e t t i n g 1 ．v e a rw h i c hc

7、 a a s e sm a t e r i a lr e m o v a la n d l e a d st oal o s s o f f i t ，e v e nt h o u g h i tm a yi m p r o v ef a t i g u es t r e n g t h o r l i f e ．V i n g s b oa n dS o d e r b e r g [ 1 】i n t r o d u c e dam

8、 e t h o d o l o g yb a s e do n f r e t t i n gm a p s t o c h a r a c t e r i z ef r e t t i n g b e h a v i o r T w o t y p e so fm a pw e r ep r o p o s e d ：( i ) r u n n i n gc o n d i t i o nf r e t t i n gm a p i

9、 n v o l v i n gc o n t a c tc o n d i t i o n so r f r e t t i n gr e g i m e s ( s t i c k ，p a r t i a la n dg r o s ss l i p ) ，a n d ( i i )m a t e r i a lr e s p o n s ef r e t t i n gm a p i n v o l v i n gn o n -

10、 d e g r a d a t i o n ，c r a c k i n ga n dw e a r ( o r d e b r i s f o r m a t i o n )a sa f u n c t i o no fn o r m a lf o r c ea n dr e l a t i v es l i pf o rag i v e ne x p e r i m e n t a lc o n d i t i o n T h e

11、 s em a p sa r eu s e f u la n di n f o r m a t i v et oc h a r a c t e r i z ef r e t t i n gc o n d i t i o n si n c l u d i n gd a m a g e ．F r e t t i n g a n d w e a r s h a r e m a n yc o m m o n c h a r a c t e r

12、i s t i c s b u t ，a tt h e s a m et i m e ，a r e d i s t i n c t l yd i i f e r e n t i n s e v e r a l w a y s ，B a s i c a l l y ，f r e t t i n g a c t i o n h a s ，f o r m a n yy e a r s ，b e e n d e f i n e d a s ac

13、 o m b i n e dm e c h a n i c a la n dc h e m i c a l a c t i o n i n w h i c h c o n t a c t i n gs u r f a c e s o ft w os o l i db o d i e sa r ep r e s s e dt o g e t h e rb yan o r m a lf o r c ea n d a r ec a u s e

14、 d t o e x e c u t e o s c i l l a t o r ys l i d i n gr e l a t i v em o t i o n ，w h e r e i nt h em a g n i t u d eo f n o r m a I f o r c ei sg r e a te n o u g ha n dt h ea m p l i t u d eo f t h eo s c i l l a t o

15、r ys l i d i n gm o t i o n i s s m a l l e n o u g h t o s i g n i f i c a n t l y r e s t r i c t t h e f l o w o f f r e t t i n g d e b r i s a w a y f r o m t h eo r ．．f i g i n a t i n gs i t e [ 2 ] M o r e r e c

16、e n td e f i n i t i o n so ff r e t t i n ga c t i o nh a v eb e e nb r o a d e n e d t oi n c l u d ec a s e si nw h i c hc o n t a c t i n g s u r f a c e sp e r i o d i c a l l ys e p a r a t ea n d t h e nr e e n g

17、a g e ，a s w e l la sc a s e si nw h i c ht h ef l u c t u a t i n g f r i c t i o n - i n d u c e d s u r f a c et r a c t i o n s p r o d u c es t r e s s f i e l d s t h a tm a yu l t i m a t e l yr e s u l t i nf a i

18、 l u r e ．T h ec o m p l e x i t i e so f f r e t t i n ga c t i o nh a v eb e e nd i s c u s s e d b yn u m e r o u si n v e s t i g a t o r s ，w h oh a v e p o s t u l a t e dt h e c o m b i n a t i o no fm a n ym e c

19、h a n i c a l ，c h e m i c a l ，t h e r m a l ，a n do t h e rp h e n o m e n at h a t i n t e r a c tt op r o d u c ef r e t t i n g ．A m o n gt h e p o s t u l a t e dp h e n o m e n aa r ep l a s t i cd e f o r m a t i

20、 o nc a u s e db y s u r f a c ea s p e r i t i e s p l o w i n gt h r o u g h e a c ho t h e r ，w e l d i n ga n dt e a r i n g o f c o n t a c t i n g a s p e r i t i e s ，s h e a r a n d r u p t u r e o f a s p e r i

21、t i e s ．f r i c t i o n —g e n e r a t e d s u b s u r f a c e s h e a r i n g s t r e s s e s ，d i s l o d g i n g o fp a n i c l e s a n d c o r r o s i o n p r o d u c t s a t t h es u r f a e e s ，c h e m i c a l r

22、e a c t i o n s ，d e b r i s a c c u m u l a t i o n a n de n t r a p m e n t ，a b r a s i v ea c t i o n ，m i c r o c r a c ki n i t i a t i o n ，a n ds u r f a c ed e l a m i n a t i o n [ 4 - 1 7 1 ，t ．1F r e t t i n

23、gP h e n o m e n aA l t h o u g h f r e t t i n gf a t i g u e ，f r e t t i n gw e a r ，a n d f r e t t i n gc o r r o s i o np h e n o m e n a a r ep o t e n t i a lf a i l u r em o d e si naw i d ev a r i e t yo fm e c

24、 h a n i c a ls y s t e m s ，a n dm u c hr e s e a r c he f f o r th a sb e e nd e v o t e dt ot h eu n d e r s t a n d i n go ft h ef r e t t i n g p r o c e s s ，t h e r ea r ev e r yf e wq u a n t i t a t i v ed e s i

25、 g nd a t aa v a i l a b l e ，a n dn og e n e r a l l ya p p l i c a b l e d e s i g np r o c e d u r eh a sb e e ne s t a b l i s h e df o rp r e d i c t i n gf a i l u r e u n d e rf r e t t i n gc o n d i t i o n s ．H

26、 o w e v e r , e v e nt h o u g ht h ef r e t t i n gp h e n o m e n o ni s n o tf u l l yu n d e r s t o o d ，a n dag o o dg e n e r a l m o d e l f o r p r e d i c t i o n o ff r e t t i n g f a t i g u e o r f r e t t

27、 i n g w e a rh a sn o ty e t b e e n d e v e l o p e d ，s i g n i f i c a n tp r o g r e s s h a sb e e nm a d e i ne s t a b l i s h i n g a l l u n d e r s t a n d i n g o f f r e t t i n ga n d t h ev a r i a b l e s

28、o fi m p o r t a n c ei nt h ef r e t t i n gp r o c e s s ．I th a sb e e ns u g g e s t e dt h a tt h e r em a y b e m o r et h a n5 0v a r i a b l e st h a t p l a ys o m er o l e i nt h ef r e t t i n gp r o c e s s [