1.一种确定试样干摩擦面温度场的方法,其特征在于所述方法的具体步骤是:第一步:测量试样干摩擦面温度
在靠近试样的干摩擦面处开有测温孔,测温孔为1~5个,测温孔中心线与试样中心线相交,所述测温孔均装有热电偶,每个热电偶分别与测温仪连接;
以试样干摩擦面中心点的温度代表试样干摩擦面的温度,记录磨盘和试样摩擦时热电偶在各自测温孔处的温度Tn,n表示热电偶的个数,n=1,2,3,4,5;
第二步:确定试样干摩擦面的热交换系数
2.1、试样干摩擦面对环境的辐射热交换系数式(1)中:
χ1为试样干摩擦面对环境的辐射热交换系数 的修正因子,χ1的区间为[0.55,1.35],
σ为Stefan-Boltzmann常数,σ为5.67×10-8W/(m2·K4),Tw为干摩擦面的绝对温度,K,
Tc为试验环境的绝对温度,K;
2.2、试样干摩擦面与磨盘的接触热交换系数式(2)中:
χ2为试样干摩擦面与磨盘的接触热交换系数 的修正因子,χ2的区间为[0.78,1.91],
3
ρ为试样的密度,Kg/m,
c为试样的比热,J/(Kg·K),
λ1为试样的热导率,W/(m·K),
λ2为磨盘的热导率,W/(m·K),
t为磨盘与试样的干摩擦时间,s;
2.3、试样干摩擦面的热源密度
式(3)中:
χ3为试样干摩擦面的热源密度 的修正因子,χ3的区间为[0.83,1],χ4为试样干摩擦面的热功转换修正因子,χ4的区间为[0.16,0.27],S为试样干摩擦面的面积,m2,
ΔL为试样在磨损前后沿长度方向的改变量,m,F为试样干摩擦面在摩擦时所受到的正压力,N,v为试样干摩擦面中心点相对于磨盘的线速度,m/s;
试样干摩擦面对环境的辐射热交换系数 修正因子χ1的区间为[0.55,1.35]、试样干摩擦面与磨盘的接触热交换系数 的修正因子χ2的区间为[0.78,1.91]、试样干摩擦面的热源密度 的修正因子χ3的区间为[0.83,1]和试样干摩擦面的热功转换修正因子χ4的区间为[0.16,0.27],分别在各区间任意确定三组水平值,建立四因素三水平正交表,根据式(1)、(2)和(3)依次得到试样干摩擦面对环境的辐射热交换系数 试样干摩擦面与磨盘的接触热交换系数 和试样干摩擦面的热源密度第三步:试样各热电偶处的温度模拟值
将步骤二所得到的试样干摩擦面对环境的辐射热交换系数 试样干摩擦面与磨盘的接触热交换系数 和试样干摩擦面的热源密度 作为边界条件,进行试样干摩擦面温度场的有限元模拟,得到步骤二建立的四因素三水平正交表中对应的各热电偶处的温度模拟值;
第四步:建立误差平方和模型
根据各热电偶处的温度模拟值和各热电偶处的温度实测值,得到各热电偶处的温度模拟值与温度实测值之间的误差平方和,建立各热电偶处的温度模拟值与温度实测值之间的误差平方和模型:φ(χ)=Ak(1+χi+χiχj+χiχj2+χi2χj2) (5)式(5)中:
Ak表示平衡性系数,k为1,2,3,……,41,χi为第i个修正因子,i为1,2,3,4,χj为第j个修正因子,j为1,2,3,4;
第五步:优化修正因子
以各热电偶处的温度实测值与对应的温度模拟值之间误差平方和最小为目标,运用约束最优化函数法,依次对试样干摩擦面对环境的辐射热交换系数 的修正因子χ1、试样干摩擦面与磨盘的接触热交换系数 的修正因子χ2、试样干摩擦面的热源密度 的修正因子χ3和试样干摩擦面的热功转换修正因子χ4进行优化,依次得到试样干摩擦面对环境的辐射热交换系数 的实际因子χ1*、试样干摩擦面与磨盘的接触热交换系数 的实际因子χ2*、试样干摩擦面的热源密度 的实际因子χ3*和试样干摩擦面的热功转换实际因子χ4*;
第六步:确定试样干摩擦面的温度场
用试样干摩擦面对环境的辐射热交换系数 的实际因子χ1*代替式(1)中试样干摩擦面对环境的辐射热交换系数 的修正因子χ1,得到试样干摩擦面对环境辐射的实际热交换系数用试样干摩擦面与磨盘的接触热交换系数 的实际因子χ2*代替(2)中试样干摩擦面与磨盘的接触热交换系数 的修正因子χ2,得到试样干摩擦面与磨盘的实际接触热交换系数用试样干摩擦面的热源密度 的实际因子χ3*和试样干摩擦面的热功转换实际因子χ4*代替(3)中试样干摩擦面的热源密度 的修正因子χ3和试样干摩擦面的热功转换修正因子χ4,得到试样干摩擦面的实际热源密度以所得试样干摩擦面对环境辐射的实际热交换系数 试样干摩擦面与磨盘的实际接触热交换系数 和试样干摩擦面的实际热源密度 作为边界条件,进行试样干摩擦面温度场的有限元模拟,得到试样干摩擦面温度场和干摩擦面附近的温度场。
2.根据权利要求1所述确定试样干摩擦面温度场的方法,其特征在于所述测温孔平行于摩擦面,均匀分布;测温孔的孔径为1mm,孔距为2~3mm。
3.根据权利要求1所述确定试样干摩擦面温度场的方法,其特征在于所述试样的横截面为圆形或为正方形;圆形的直径为5~10mm,正方形的边长为6~12mm,试样的长度为22~
30mm。