冲击磨料磨损机理研究
摘要
对冲击磨料磨损机理研究的传统方法是从实验或实物检测入手，推导出经验
公式或看法，所以得到的结论基本属于定性研究和“磨损后”的情况。而本文则
一方面使用实验手段来模拟特定条件下的冲击磨料磨损工况，主要对比由于磨料
的粒度、密度的变化对材料磨损量的影响，另一方面运用有限元分析软件ANSYS
建立与实验条件基本一致的分析模型，仿真冲击磨料磨损实验的全过程，通过有
限元计算获得不同大小和密度的磨料与磨损面相互冲击时的力学参量，结合磨料
与磨损表面材质的物理性能，直接分析磨损表面的失效行为，并从力学的角度对
磨损失重机理进行分析研究，从而实现了冲击全部过程的数字仿真。这对合理选
材、正确的组织设计、提高材料耐磨性有重要的实际意义，在理论上对发展磨损
理论、搞清冲击磨料磨损机理也是有价值的，同时也为从理论上研究冲击磨料磨
损的失效机制提供了部分依据，为冲击磨料磨损机理研究从较粗糙的定性研究转
变为较精确的定量研究探索出了一条新路。具体工作有以下几方面：
(1) 建立一套冲击磨料磨损实验系统，主要观察磨料粒度、密度的变化对磨损
失重的影响，并提出看法；
(2) 使用有限元分析软件ANSYS建立与实验工况基本符合的一套分析模型，主
要模拟不同的磨料粒度、密度、接触面的高低度对冲击过程中各项力学参
数变化的影响，在此基础上来对冲击磨料磨损机理进行探讨。
The research of the traditional method in impact abrasive wearing often commences from experiments or real object examinations, then deduces an empirical formula or viewpoints, so gets the conclusion which is basic to belong to qualitative and after wearing investigation. In this dissertation,the author presents a systematic wearing test to imitate work circumstances of impact abrasive frication wear, which includes the different grain sizes and quantity, on the other hand,uses analysis software ANSYS to establish models in accordance with wearing test, and imitates the whole process of impact. On the basis of the calculation of ANSYS, the author gets mechanical data of different abrasive grains and amounts impact wearing surface, and join together the physics characteristic of wearing terrain, then make a direct analysis of deterioration and wearing character. This is not only very important for improves material wear life and develops tribology theory,but also transform wearing investigation from qualitative to quantitative analysis.The main work has below several aspects:
(1) Establishing a set of impact abrasive wearing test system, which is used to observe the specific wearability due to the varieties sizes of grain and amounts, and put forward some viewpoints.
(2) The analysis software ANSYS in usage establishes a set of analysis model to research various mechanics parameters changing that get in touch with sizes and amounts, then on this foundation to study impact abrasive wearing.
公式或看法，所以得到的结论基本属于定性研究和“磨损后”的情况。而本文则
一方面使用实验手段来模拟特定条件下的冲击磨料磨损工况，主要对比由于磨料
的粒度、密度的变化对材料磨损量的影响，另一方面运用有限元分析软件ANSYS
建立与实验条件基本一致的分析模型，仿真冲击磨料磨损实验的全过程，通过有
限元计算获得不同大小和密度的磨料与磨损面相互冲击时的力学参量，结合磨料
与磨损表面材质的物理性能，直接分析磨损表面的失效行为，并从力学的角度对
磨损失重机理进行分析研究，从而实现了冲击全部过程的数字仿真。这对合理选
材、正确的组织设计、提高材料耐磨性有重要的实际意义，在理论上对发展磨损
理论、搞清冲击磨料磨损机理也是有价值的，同时也为从理论上研究冲击磨料磨
损的失效机制提供了部分依据，为冲击磨料磨损机理研究从较粗糙的定性研究转
变为较精确的定量研究探索出了一条新路。具体工作有以下几方面：
(1) 建立一套冲击磨料磨损实验系统，主要观察磨料粒度、密度的变化对磨损
失重的影响，并提出看法；
(2) 使用有限元分析软件ANSYS建立与实验工况基本符合的一套分析模型，主
要模拟不同的磨料粒度、密度、接触面的高低度对冲击过程中各项力学参
数变化的影响，在此基础上来对冲击磨料磨损机理进行探讨。
The research of the traditional method in impact abrasive wearing often commences from experiments or real object examinations, then deduces an empirical formula or viewpoints, so gets the conclusion which is basic to belong to qualitative and after wearing investigation. In this dissertation,the author presents a systematic wearing test to imitate work circumstances of impact abrasive frication wear, which includes the different grain sizes and quantity, on the other hand,uses analysis software ANSYS to establish models in accordance with wearing test, and imitates the whole process of impact. On the basis of the calculation of ANSYS, the author gets mechanical data of different abrasive grains and amounts impact wearing surface, and join together the physics characteristic of wearing terrain, then make a direct analysis of deterioration and wearing character. This is not only very important for improves material wear life and develops tribology theory,but also transform wearing investigation from qualitative to quantitative analysis.The main work has below several aspects:
(1) Establishing a set of impact abrasive wearing test system, which is used to observe the specific wearability due to the varieties sizes of grain and amounts, and put forward some viewpoints.
(2) The analysis software ANSYS in usage establishes a set of analysis model to research various mechanics parameters changing that get in touch with sizes and amounts, then on this foundation to study impact abrasive wearing.
引文
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[2] 葛中民等．耐磨损设计．北京：机械工业出版社，1991
[3] 周秋沙，周锡容，杨启明，何光辉．冲击磨料磨损机理研究．西南石油学院学报，1996，(8) ：82-88
[4] 王官祥，汪玉．模态分析在冲击动力学分析中的应用．噪声与振动控制，2001，(3) ：10-13
[5] 刘涛．精通ANSYS．北京：清华大学出版社，2002
[6] 高彩桥．摩擦金属学．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1990
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[8] [英]F．P鲍登，D．泰伯著，陈绍澧等译．固体的摩擦与润滑．北京：机械工业出版社，1982
[9] 孙靖民主编．机床结构计算的有限元法．北京：机械工业出版社，1983
[10] 欧阳篦，马文华等．弹性、塑性、有限元．长沙：湖南科技出版社，1983
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[14] 《机械工程手册》．第22篇．摩擦、磨损与润滑．北京：机械工业出版社，1982
[15] 戴枝荣主编．工程材料．北京：高等教育出版社，1994
[16] 王德俊.疲劳强度设计理论与方法．沈阳：东北工学院出版社，1991
[17] 高泽远等主编．机械设计．沈阳：东北大学出版社，1994
[18] 温诗铸．摩擦学原理．北京：清华大学出版社，1990
[19] 陈兆能等编著．实验分析与设计．上海：上海交通大学出版社，1991
[20] 张兰欣等编著．C程序设计与计算方法基础，北京：北京航空航天大学出版社，2000
[21] 王恒．昆明理工大学硕士研究生学位论文(2002)
[22] 刑泽柄．昆明理工大学硕士研究生学位论文(2001)
[23] 宣化材料实验机厂．MLD-10磨损实验机说明书
[24] 李润方，林腾胶，陈兵奎，陶泽光．三维冲击-动力接触问题数值分析的一种高效算法．振动与冲击，2000，(4) ：84-86
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[27] 全健民，李明义．材料的冲击磨料磨损耐磨性及其疲劳磨损机制．机械工程材料，1993,(6) ：10-16
[28] 洗卫泉，曾耀东等．高合金铸铁磨球在合山电厂的试验与应用．广西电力技术，2000,(4) ：14-16
[29] 黄汝清，江海燕，麻日来．德兴铜矿球磨机衬板用耐磨铸钢的研制．铸造，2003,(7) ：515～518
[30] 马前，王兆昌．白口铸铁冲击磨料磨损行为的力学分析．理化检验-物理分册，1993，(5) ：26-29
[31] Rao BVN，Rashied MS．Metallography．1983，(16) ：19
[32] 郑长卿，周利，张克实著．金属韧性破坏的细观力学及其应用研究．北京：国防工业出版社，1995
[33] 陈炎嗣，郭景仪主编．冲压模具设计与制造技术．北京：北京出版社，1991
[34] 刘英杰，成克强编著．磨损失效分析．北京：机械工业出版社，1991
[35] 陈大年，俞宇颖，尹志华，沈雄伟．斜冲击界面动力学研究．爆炸与冲击，2002，(2) ：104-110
[36] 詹军，殷锟，于清杨．钻探机具的有限元分析．吉林大学学报(地球科学版)，2002，(4) ：203-206
[37] 林钢等．冲击磨料磨损中的凿削磨损形成机理的研究．洛阳工学院学报，1993，(12) ：35-36
[38] 朱安贞，高义民，鲍崇高．低台金钢冲击磨料磨损性能的研究．铸造技术，1999，(4) ：12-13
[39] 丁耀武．线弹性结构静动态有限元法．沈阳：东北工学院出版社，1988
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[41] 冯康等．数值计算方法．北京：国防工业出版社，1978
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[43] 朱景梓等编．汉英机电工程技术词汇．北京：科学出版社，1982
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