中文摘要：

扭动微动是在交变载荷下接触副产生微幅扭转（角度幅值不超过几度）的相对运动，在很多回转部件中较常见，如球窝关节、球阀、车辆心盘等，国内外的研究至今不够系统，特别是微动白层的形成机制和微动疲劳裂纹的萌生扩展机制。本研究将首先建立合理的磨损预测公式和表面摩擦模型，利用数值模拟实现对扭动微动界面的几何演化、表面非均匀动态摩擦因数的影响的预测分析，同时结合实验研究，建立不同材料的扭转微动的运行工况微动图、损伤响应微动图和微动白层的形成及演变过程，揭示不同接触方式的扭动微动在材料损伤机制上的差异。在此基础上，结合磨痕和剖面形貌分析，研究扭动微动条件下摩擦白层的形成机制，材料局部磨损与疲劳之间的竞争关系，进而揭示裂纹萌生与白层的相互作用关系，以及磨损和疲劳的相互竞争机理。本研究不仅具有重要的科学价值和理论意义，而且对高速铁路轮轴冷切断裂和人工心脏瓣膜磨损等的工程问题的解决具有重要指导意义。

结论摘要：

扭动微动磨损是在交变载荷作用下发生在相互接触表面的角位移幅值极小的往复运动。扭动微动现象广泛存在于航空业、生物摩擦学、机车零部件等各个王业领域中，不易察觉，但是危害损伤性极大。本项目首先在配置高精度低速往复转动台的CETR UMT-2型多功能摩擦磨损试验机上进行实验，采用球（GCrl5钢球）一平面（铝合金平面）接触模型，分别探讨了角位移幅值、法向载荷、循环次数等参数对5083铝合金以及7050铝合金扭动微动特性的影响。随后基于接触问题有限元方法对扭动微动开展数值分析，研究关键微动参数对接触表面及次表面的应力应变分布的影响。从力学角度分析扭动微动磨损损伤特性，并将力学行为和实验现象进行对比分析；并利用有限元软件用户子程序引入接触表面随时间和空间各项同性变化的摩擦系数，对扭动微动磨损进行数值模拟。同时开展涂层扭动微动有限元分析，通过与基体力学行为的比较，探讨固体润滑涂层在抗扭动微动磨损中应用的可行性。并且建立了一种可以有效预测粗糙表面下，考虑材料耗散的扭动微动磨损的数值模型，采用半解析法计算接触区的压力分布，采用离散卷积快速傅里叶变换和共轭梯度法可以有效的求解扭动微动磨损中的接触问题，提高了计算的效率。