Experimentelle Untersuchungen und Modellierung von Spannungszuständen während des Gleitverschleißes von Verbundwerkstoffen gegen Stahl

复合材料与钢滑动磨损过程中应力状态的实验研究和建模

基本信息

项目摘要

In the previous DFG project sliding wear of composites against steel has been studied following many different experimental an numerical techniques. The numerical techniques based on an approach of contact mechanics to study- asperity contact phenomena using anisotropic numerical contact algorithms,- sliding contact between real composite and steel surfaces,- contact temperature development on asperity as well as on real surface level,- transfer film formation on PEEK matrix material.The experimental studies evaluated the contact conditions under static loading and sliding loading conditions, and they dealt with measurements of the friction and wear properties of the matrix and the composites as a function of fibre orientation under sliding contact against a steel counterpart. Both, the numerical and the experimental studies described mostly the macro-environment of the sliding process of the composite against stelle withaou 'transferring' the results obtaines to the composite micro-structure. In the present project proposal the developed approaches combined with thermal and nonlinear micro-models (using the coupling technique presented) will characterise the basic failure modes and different wear mechanismus between fibre-reinforced composites and steel bodies, considering sliding asperity contact, furthermore transfer film and wear debris formation. To study these tribological processes requires to 'switch' from a macroscopic level to a microscopic level, using micro-models to evaluate heat generation, stresses and strains, and to consider failure criteria for the different components (matrix, fibers, interface) of the polymer material involved in the sliding wear process. The experimental studies will concentrate on observing basic failure modes (on microlevel) providing more realistic failure criteria and material data required. The final goal ist to study the effect of different testing parameters on the wear mechanismus and in this to predict how the tribological performance of composites can be improved.
在以前的DFG项目中,复合材料对钢的滑动磨损已经根据许多不同的实验和数值技术进行了研究。基于接触力学方法的数值技术,采用各向异性数值接触算法研究了粗糙表面接触现象、真实的复合材料与钢表面之间的滑动接触、粗糙表面和真实的表面水平上的接触温度发展、PEEK基体材料上的转移膜形成。并且他们处理了基体和复合材料的摩擦和磨损性能的测量,作为在与钢对应物滑动接触下的纤维取向的函数。无论是数值模拟还是实验研究,都主要描述了复合材料与钢摩擦滑动过程的宏观环境,而没有将所得结果“转移”到复合材料的微观结构上。在本项目建议中,开发的方法结合热和非线性微观模型(使用耦合技术)将阐明纤维增强复合材料和钢体之间的基本失效模式和不同的磨损机理,考虑滑动粗糙接触,此外转移膜和磨屑的形成。为了研究这些摩擦学过程,需要从宏观水平“切换”到微观水平,使用微观模型来评估热生成、应力和应变,并考虑滑动磨损过程中所涉及的聚合物材料的不同组分(基质、纤维、界面)的失效标准。实验研究将集中于观察基本失效模式(微观层面),提供更现实的失效标准和所需的材料数据。最终目的是研究不同的测试参数对磨损机理的影响,并预测如何改善复合材料的摩擦学性能。

项目成果

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