一种用于预测无铜复合摩擦材料干摩擦磨损的校准建模方法

《Materials》：A Calibrated Modelling Approach for Predicting Dry Friction Wear of Copper-Free Composite Friction Materials

　　

摘要

本研究提出了一种经过校准的建模方法，用于预测不含铜的复合摩擦材料的磨料磨损情况。研究分析了四种配方，包括一种含铜的参考材料，以及三种用不同铝/聚四氟乙烯比例替代铜的实验配方。在受控的实验室条件下，通过干式球压痕试验来确定表观磨损率系数。含铜的参考材料表现出最低的磨损率系数，值为k_c = 80.655 × 10^?14 m²·N^?1；而不含铜的配方中，S2、S3和S4的相应数值分别为k_c = 111.811 × 10^?14 m²·N^?1、98.586 × 10^?14 m²·N^?1和90.579 × 10^?14 m²·N^?1。由此可见，根据铝/聚四氟乙烯的比例不同，替代铜后表观磨损率系数会增加约12–39%。这些数据被用来构建并比较四种经过校准的预测模型。其中，加入了有效硬度及接触相关参数的改进版赫兹-阿查德模型与实验数据的匹配度最高。该模型的平均绝对百分比误差为1.5%，均方根误差为2.181 × 10^?14 m²·N^?1，最大绝对误差为4.3%，所有预测结果均在±5%的误差范围内。研究结果表明，所提出的校准框架可用于在所采用的干式球压痕试验条件下，对不含铜的摩擦材料配方进行初步筛选和排序。