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水润滑碳纤维增强聚醚醚酮滚动接触疲劳特性OA

Rolling Contact Fatigue Properties of Water-lubricated Carbon Fiber Reinforced Polyetheretherketone

中文摘要英文摘要

碳纤维增强聚醚醚酮因其优异的机械性能、耐腐蚀性和自润滑性已成为水液压泵摩擦副的理想材料,研究其滚动接触可为水液压泵的开发提供更多选择.为研究水润滑碳纤维增强聚醚醚酮滚动接触疲劳的特性,建立了纤维与基体的微观模型,模拟了滚动接触状态下碳纤维增强聚醚醚酮内部的应力分布规律.仿真显示,在滚动接触过程中纤维与界面区域存在显著的应力集中现象.搭建了滚动接触试验台,开展滚动接触试验,建立了碳纤维增强聚醚醚酮在95%置信度下的接触疲劳 S-N 曲线,结果表明,碳纤维增强聚醚醚酮的滚动接触疲劳寿命随接触压力升高显著降低,符合典型材料的疲劳特征,在接触应力为 165~233 MPa 时循环寿命2×106~1×107次,在 135 MPa 应力下具有优良的水润滑抗疲劳性能.通过损伤表面形貌分析,揭示了碳纤维增强聚醚醚酮的失效形式主要为界面脱粘与纤维断裂.研究为发展水润滑滚动摩擦副提供了理论与试验支撑.

Carbon fiber reinforced polyetheretherketone is an ideal material for water hydraulic pump friction pairs due to its high mechanical strength,corrosion resistance,and self-lubricity.Studying its rolling contact behavior under water lubrication provides new options for pump development.A micro-scale fiber-matrix model is established to simulate the internal stress distribution of carbon fiber reinforced polyetheretherketone under rolling contact.Simulation results show significant stress concentration at the fiber and interface regions.A rolling contact test bench is built,and rolling contact experiments are conducted.The contact fatigue S-N curve of carbon fiber reinforced polyetheretherketone is established at a 95%confidence level.Results show that the rolling contact fatigue life decreases significantly with increasing contact pressure,following typical material fatigue behavior.At contact stresses of 165~233 MPa,the fatigue life ranges from 2×106 to 1×107 cycles.At 135 MPa,carbon fiber reinforced polyetheretherketone exhibits excellent fatigue resistance under water lubrication.Surface damage analysis reveals that interface debonding and fiber breakage are the main failure modes.This study offers theoretical and experimental support for developing water-lubricated rolling friction pairs.

张笑琼;帅傲祖;李东林;牛荣军;李福贵;刘银水

河南科技大学 机电工程学院,河南 洛阳 471003河南科技大学 机电工程学院,河南 洛阳 471003河南科技大学 机电工程学院,河南 洛阳 471003||华中科技大学 智能制造装备与技术全国重点实验室,湖北 武汉 430074河南科技大学 机电工程学院,河南 洛阳 471003||高端轴承河南省协同创新中心,河南 洛阳 471003河南科技大学 机电工程学院,河南 洛阳 471003华中科技大学 智能制造装备与技术全国重点实验室,湖北 武汉 430074

机械制造

碳纤维增强聚醚醚酮滚动接触疲劳界面脱粘水润滑S-N曲线

carbon fiber reinforced polyetheretherketonerolling contact fatigueinterfacial debondingwater-lubricatedS-N curve

《液压与气动》 2026 (6)

9-17,9

国家重点研发计划(2022YFC2805702)国家自然科学基金(52475053,52105054)

10.11832/j.issn.1000-4858.2026.06.002

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