基于元胞自动机法电连接器微动磨损仿真技术的研究

论文摘要

电连接器作为电气系统中重要的接口元器件,其电接触性能可靠与否是保证系统正常、稳定运行的必要前提。对于电连接器而言,微动是影响其性能的主要因素。微动现象十分复杂,目前对于它的研究多集中于实验方面。本文系统地分析总结了微动磨损的失效机理,并基于元胞自动机理论,提出了对微动进行仿真分析的方法,得出了不同微动周期下接触粗糙表面的退化过程及接触电阻的退化规律,所得的结论可为电连接器微动失效分析提供依据。本文从微观层面上对微动磨损的失效机理进行了分析。认为电连接器插针、插孔之间的接触为粗糙表面粗糙接触峰的接触,当载荷使接触对间发生塑性变形时,如果接触对发生相对位移,则发生粘着磨损、磨粒磨损,导致接触表面碎屑脱落。磨损可改变接触峰的形貌,进而改变收缩电阻;同时由于接触表面存在氧化作用,致使脱落碎屑和基体金属发生氧化,产生膜电阻。两种电阻构成的接触电阻随着微动磨损次数的增加而发生变化,最终导致电连接器接触性能的退化甚至失效。在探讨了微动磨损失效机理的基础上,采用元胞自动机理论,通过构建接触粗糙表面磨损、碎屑堆积迁移、氧化层生成、接触电阻计算等一系列局部规则,系统地提出了微动磨损的仿真方法,实现了接触对在离散空间-时间上的演变过程,直观、详细地展现了接触粗糙表面的磨损及碎屑的产生过程,得出了接触电阻的退化规律。应用微动磨损实验装置,在不同载荷下对试件进行了不同微动循环次数的实验。通过微阻计测得接触电阻的变化规律,并通过激光共聚焦三维体式显微镜及扫描电子显微镜测得试件的表面形貌及成分,为验证仿真结果提供了切实的实验依据。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 课题相关领域的国内外研究现状
• 1.2.1 微动试验方法
• 1.2.2 微动磨损试验
• 1.2.3 元胞自动机方法
• 1.3 本课题的研究内容
• 第2章 微动磨损仿真理论基础
• 2.1 引言
• 2.2 微动磨损概述
• 2.2.1 微动的分类
• 2.2.2 微动的运动状态
• 2.2.3 微动磨损
• 2.3 微动磨损力学基本原理
• 2.3.1 应力应变
• 2.3.2 弹性变形
• 2.3.3 塑性屈服
• 2.4 元胞自动机理论
• 2.4.1 元胞自动机概述
• 2.4.2 元胞自动机演化
• 2.4.3 元胞自动机划分及邻域的确定
• 2.5 本章小结
• 第3章 微动磨损的失效机理及仿真分析
• 3.1 引言
• 3.2 表面形貌及元胞空间确定
• 3.2.1 表面形貌特征
• 3.2.2 元胞空间确定
• 3.3 微动磨损失效机理分析
• 3.3.1 粗糙表面的接触
• 3.3.2 磨损
• 3.4 微动磨损失效的元胞自动机仿真
• 3.4.1 初期粘着磨损
• 3.4.2 碎屑脱落
• 3.4.3 粘着磨损及磨粒磨损
• 3.5 本章小结
• 第4章 微动磨损氧化分析及接触电阻计算
• 4.1 引言
• 4.2 接触表面氧化
• 4.2.1 氧化局部规则及算法的制定
• 4.2.2 仿真结果及分析
• 4.3 接触电阻
• 4.3.1 接触电阻计算原理
• 4.3.2 接触电阻计算的规则
• 4.3.3 仿真结果及分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 微动磨损的实验研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验装置
• 5.3 试样的制备和分析测试仪器.
• 5.3.1 试样的制备
• 5.3.2 分析测试仪器
• 5.4 实验结果与分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢