表面织构控制摩擦振动噪声的机理研究

研究摩擦噪声的发生机理及其控制，既是保护环境的迫切需要，也是提高交通运输舒适性和工业产品质量等所必须解决的关键问题。目前为止，摩擦噪声的发生机理仍然不甚明确，要控制这类噪声就很困难。迄今通过表面设计及处理如表面织构的手段来主动控制摩擦噪声的研究鲜见报道。本研究通过对光滑表面以及不同表面织构的样品进行摩擦噪声试验，从表面织构影响界面摩擦行为的角度入手，结合透明材料的摩擦界面实时观察和摩擦振动噪声信号分析，揭示摩擦界面特性与摩擦噪声之间的关系，研究表面织构图形和尺寸参数对摩擦振动及噪声的影响，进一步探究摩擦噪声的形成机理，探索表面织构对控制摩擦噪声及减轻尖叫噪声的可能性。相关成果不仅可以丰富摩擦噪声理论的基础，并有望为控制减轻摩擦噪声提供理论指导。

本课题通过开展织构表面如何影响界面摩擦磨损特性并最终影响摩擦振动噪声特性的试验和理论计算研究，深入研究了摩擦噪声的形成机理，并探讨了表面织构对降低尖叫噪声的可能性。课题对于织构表面界面摩擦行为和摩擦振动噪声特性之间关系的研究将有助于进一步探讨尖叫噪声的产生机理并对具有降低尖叫噪声功能的表面织构的设计及优化提供必要的指导。在基金资助期间取得了一些重要的研究成果：1）成功采用电火花加工方法在列车制动盘蠕墨铸铁样品表面加工出具有不同尺寸参数的均匀排列的沟槽型表面织构；2）自行研制了一种能同步动态采集摩擦振动、摩擦力、噪声信号的新型摩擦噪声试验分析装置，并取得国家发明专利；3）试验研究了沟槽型表面织构对摩擦振动噪声的影响，得出在列车制动盘蠕墨铸铁材料表面加工出具有特定尺寸及分布的沟槽型织构表面可有效抑制和降低摩擦尖叫噪声；4）分析揭示了沟槽型表面织构降低摩擦振动噪声的作用机理：合理分布的沟槽一方面使得对磨副滑过沟槽碰击产生了低频摩擦力波动，其作为不连续的激励有效地打断连续自激振动，抑制了噪声高频成分的形成，另一方面沟槽的存在提高了界面的排屑效率，使磨损表面较为平整，摩擦力波动和噪声的高频成分相对减少；5）利用有限元软件ABAQUS/Explicit对织构化表面摩擦振动噪声特性进行非线性显式动力学分析，表明数值计算分析可以很好地模拟试验中观察到的沟槽对于界面连续自激振动的“打断效应”，验证了沟槽表面织构影响界面摩擦振动噪声的机理。研究成果发表期刊论文12篇并标注基金资助（其中SCI检索6篇，EI检索4篇，不重复计算），获授权专利4项。