本发明涉及陶瓷材料磨损技术领域，更具体涉及一种陶瓷材料磨损率的测定方法。
背景技术
随着航空航天事业以及精密及超精密加工的发展，陶瓷材料完全满足这些环境需求，机械零件往往不是它们发生疲劳破坏而失效，其中磨损是造成机械零件功能退化以致失效的重要原因。因此，在探讨陶瓷与陶瓷材料对磨的摩擦磨损性能，以及在不同载荷和不同滑动距离的条件下对摩擦系数、磨损率和磨损量的影响具有十分重要的意义。通过研究陶瓷材料的磨损过程，剖析陶瓷材料的磨损机理，建立更精确的工件销和工件块磨损模型，有利于更准确的计算出陶瓷材料的磨损率，实现对陶瓷材料的高效利用。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是如何准确的确定陶瓷材料的磨损率及磨损量结果的预测分析。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种陶瓷材料磨损率的测定方法。
技术方案如下：
一种陶瓷材料磨损率的测定方法，包括：
对陶瓷材料的工件销和工件块进行摩擦磨损测试，得到磨损深度测试值，计算出磨损率测试值；
对陶瓷材料的工件销和工件块建立三维模型得到销部件和块部件，基于磨损率测试值进行摩擦磨损仿真，得到磨损深度仿真值；
若磨损深度测试值与磨损深度仿真值之间的误差小于设定值，则当前磨损率测试值为磨损率的测定结果，否则在当前磨损率测试值基础上增加增量，作为更新后的磨损率测试值，重新进行摩擦磨损仿真。
所述对陶瓷材料的工件销和工件块建立三维模型得到销部件和块部件，基于磨损率测试值进行摩擦磨损仿真，得到磨损深度仿真值，采用有限元软件abaqus进行。
所述对陶瓷材料的工件销和工件块进行摩擦磨损测试，得到磨损深度测试值，计算出磨损率测试值，具体包括：
对工件销和工件块进行清洗，再进行烘干和称量，分别记录工件销和工件块的质量，每个工件称量多次，取平均值；摩擦磨损测试结束后，分别记录工件销和工件块的磨损深度，每个工件测量多次，计算出平均磨损率作为磨损率测试值。
有益效果：本发明对陶瓷材料的工件销和工件块进行摩擦磨损测试和基于磨损率测试值进行摩擦磨损仿真，得到磨损深度仿真值；若磨损深度测试值与磨损深度仿真值之间的误差小于设定值，则当前磨损率测试值为磨损率的测定结果，否则在当前磨损率测试值基础上增加增量，作为更新后的磨损率测试值，重新进行摩擦磨损仿真。将摩擦磨损测试与摩擦磨损仿真结合，克服了现有技术中摩擦磨损测试得出的磨损率不准确的问题，实现陶瓷材料磨损率的准确测定。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见，下述附图中仅仅是本发明的一些实施例。
图1本发明具体实施方式的陶瓷材料磨损率的测定方法流程图；
图2本发明具体实施方式的销部件和块部件的接触压力分布图；
图3本发明具体实施方式的销部件和块部件的装配模型图；
图4本发明具体实施方式的摩擦磨损后块部件的磨损图；
图5本发明具体实施方式的摩擦磨损后销部件的磨损图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但是不能用来限制本发明的范围。
本实施例以弹性模量为310gpa，泊松比为0.26的氮化硅陶瓷材料为例，提供一种陶瓷材料磨损率的测定方法，如图1所示，包括：
步骤一：对陶瓷材料的工件销和工件块进行摩擦磨损测试，得到磨损深度测试值，计算出磨损率测试值；
在实际测试中计算的磨损率是一个平均值，因为在工件销和工件块的实际摩擦磨损过程中，接触压力是一直在变化的，而在计算磨损率时，接触压力是恒定值，故测试计算出来的磨损率是一个平均值，需要通过仿真结合，计算出准确的磨损率。
步骤二：对陶瓷材料的工件销和工件块建立三维模型得到销部件和块部件，基于磨损率测试值进行摩擦磨损仿真，得到磨损深度仿真值；
步骤三：若磨损深度测试值与磨损深度仿真值之间的误差小于设定值5％，则当前磨损率测试值为磨损率的测定结果，否则在当前磨损率测试值基础上增加增量，作为更新后的磨损率测试值，重新进行摩擦磨损仿真。
所述步骤一中对陶瓷材料的工件销和工件块进行摩擦磨损测试，得到磨损深度测试值，计算出磨损率测试值，具体包括：
在超声波清洗仪中对工件销和工件块进行清洗，再进行烘干和称量，分别记录工件销和工件块的质量，每个工件称量三次，取平均值；利用retc摩擦磨损试验机进行测试，通过改变测试载荷进行分析；摩擦磨损测试结束后，分别记录工件销和工件块的磨损深度，每个工件测量三次，计算出平均磨损率作为磨损率测试值。
所述步骤二中对陶瓷材料的工件销和工件块建立三维模型得到销部件和块部件，基于磨损率测试值进行摩擦磨损仿真，得到磨损深度仿真值，采用有限元软件abaqus进行。
所述对陶瓷材料的工件销和工件块建立三维模型，包括：
1)针对相同氮化硅陶瓷材料的工件销和工件块，根据工件销和工件块的几何尺寸，分别建立工件销和工件块的三维模型，即销部件和块部件。
2)定义销部件和块部件的材料属性，设置参数，包括：弹性模量310gpa、泊松比0.26。
3)装配：将销部件和块部件进行装配，得到如图3所示的装配模型。
所述基于磨损率测试值进行摩擦磨损仿真，包括：
1)设置分析步：在初始步的基础上增设了两个分析步，分别是加载过程和摩擦磨损的滑动过程。
由于仿真过程中有磨损，会产生网格畸变，故在第二个分析步(摩擦磨损的滑动过程)中对网格进行自适应划分，将网格的一个属性改为增强，其中销部件和块部件的网格类型均为六面体网格。
2)相互作用：设置销部件和块部件之间的接触形式，将销部件与块部件设置成surface-surface的接触形式，其中在设置主从接触面时，因为销部件和块部件都会发生磨损，所以建立两个相互作用关系：一个将销部件的下表面设置为主面，块部件的上表面设置为从面；另一个则是将块部件的上表面设置为主面，销部件的下表面设置为从面。
3)载荷：对销部件和块部件的三维模型进行加载，在销部件的上表面施加载荷，载荷值根据磨损率测试值确定，对块部件施加固定约束，对销部件设置的滑动速度为1hz，使其能够在块部件上做线性滑动。
4)网格：对销部件和块部件进行网格划分，网格尺寸根据需要定义，为了计算更加准确，网格最好精密一些。为了减少仿真模型的运算时间，取销部件和块部件一半进行分析。
5)进行摩擦磨损仿真，根据分析得到如图2所示的接触压力分布图和磨损深度仿真值，摩擦磨损后块部件的磨损情况如图4所示，摩擦磨损后销部件的磨损情况如图5所示。
所述磨损率与磨损深度之间的关系式是：
δh(x，t)＝kp(x，t)δs(x，t)
其中，δh(x，t)是销部件在块部件上滑动δs(x，t)距离后产生的磨损深度，k＝k/h，为磨损率，k是磨损系数，h为陶瓷材料的硬度，块部件上的点x在时间t承受的接触压力为p(x，t)。
所述磨损率与磨损深度之间的关系式是对archard模型进行修正得到的：
archard模型的基本形式是：
其中，v是磨损体积，s是滑动距离，k是磨损系数，f载荷，h为材料的硬度。
定义销部件和块部件的运动方向，获取销部件和块部件的接触面的节点坐标，获取销部件和块部件之间的接触压力，获取销部件和块部件的滑移距离，基于磨损率测试值仿真计算出销部件和块部件的磨损深度，并根据销部件和块部件的磨损深度程重新生成网格，降低网格畸变对仿真计算的影响。
本实施例在无润滑干摩擦的条件下进行，模拟工件销和工件块磨损的真实情况。可以得到不同测试条件下的磨损率以及对该条件下磨损量的预测。
以上实施例方式仅用于本发明而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者同等替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。