電連線器微動磨損分析模型及失效機理的研究

《電連線器微動磨損分析模型及失效機理的研究》是依託哈爾濱工業大學，由任萬濱擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：電連線器微動磨損分析模型及失效機理的研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：任萬濱

項目摘要

持續的機械振動應力將引起電連線器中插針與插孔發生微動磨損，相應出現的電接觸故障亦是導致電連線器功能失效的根本原因之一。本項目通過聯合非線性有限元法與移動元胞自動機自組織技術建立電連線器接觸對巨觀、微觀微動磨損分析模型，研究電連線器接觸對微動條件下表面形貌、成分及電接觸特性演化過程的分析技術。開發機械振動條件下電連線器微動特性綜合測試分析系統，最終確定機械振動引起電連線器微動磨損的失效機理、關鍵影響因素及電接觸性能退化規律。本研究的分析方法與所得的結論對於提高電連線器可靠性及耐環境能力具有重要的理論意義與實用價值，同時對於電連線器結構最佳化以及所用電接觸材料優選亦將具有借鑑意義。

結題摘要

本項目旨在確定電連線器微動環境條件下的微動磨損失效物理模型和相關失效機理，因此分別開展了基於非線性有限元法的微動磨損仿真技術、可移動元胞自動機自組織建模技術、基於電動振動台的電觸點材料微動磨損測試分析系統設計、接觸電阻高精密測量技術等研究工作。成果如下：（1）套用商用有限元軟體ABAQUS實現了電連線器接觸對巨觀機械磨損過程的仿真，進而通過機—電耦合求解實現接觸電阻退化過程的仿真。（2）自主開發設計了微動磨損測試分析系統，微動頻率範圍為10-2000Hz，微動加速度最高可達196m/s2，試驗過程中可實時同步檢測觸點正壓力、觸點切向摩擦力、觸點接觸壓降、觸點相對位移等參數，採樣頻率500kHz，觸點電流調整範圍1mA—1A，接觸電阻測試精度1mΩ，測試範圍0-5Ω，環境溫度調整範圍25℃—125℃，真空度調整範圍5kPa—100kPa。（3）創新地提出了基於電壓—頻率變換的接觸電阻測量方法、積分式接觸電阻測量方法、激勵電流斷續斬波方法、低噪低漂移弱信號調理和滑動視窗平均濾波等一系列技術以解決觸點材料接觸電阻真值小、不穩定、不易精確測量的難點。（4）實驗綜合研究了微動幅值、微動頻率、微動周期、電流應力、環境溫度等因素對於銅鍍金觸點材料微動磨損和電接觸性能影響。確定了微動幅值與微動頻率是影響觸點間歇失效的關鍵因素，並建立了微動頻率—微動幅值—失效模式的微動圖譜。確定了使觸點對間發生滑移的微動幅值是使得鍍金層脫落的前提條件，且微動頻率的增大導致觸點間相對運動速度過大，無法保證表面間實時具有足夠的接觸面積，是導致間歇失效的根本原因。電流應力和環境溫度應力均是影響觸點表面間微觀接觸狀態的關鍵因素，電流與環境溫度的適量增加，可延長接觸電阻退化速率。