本文以铁路货车转向架为工程背景,研究了其心盘材料(MC尼龙复合材料)在不同载荷振幅和载荷频率下的端面扭动摩擦学性能。以端面扭动摩擦磨损试验装置为基础,通过改进压力加载装置,使其能够满足实验所需要的载荷,实现了对动态载荷下端面扭动磨损环境的准确模拟。利用该试验装置对比分析载荷振幅、载荷频率对MC尼龙复合材料端面扭动摩擦学行为的影响。采用ANSYS有限元软件对扭动过程进行仿真,分析等效应力及其分布、摩擦应力、接触状态接触力学行为。取得如下主要结论:1、在静态载荷下,MC尼龙复合材料端面扭动T-θ曲线随着循环次数的增加,均呈现出平行四边形,接触区域处于完全滑移状态;动态载荷下,各工况下的T-θ曲线在椭圆和平行四边形之间反复转化,对应的扭动机制从部分滑移到完全滑移不断转变,随载荷振幅增加,扭动更易运行于完全滑移状态。静态载荷时,摩擦扭矩在较短的时间内就进入稳定状态;动态载荷下摩擦扭矩最终保持在微小范围内波动。磨损中间区域以粘着磨损为主,且随载荷振幅增加不断加剧;边缘区域磨损机理以疲劳磨损为主,并伴随塑性变形,载荷振幅增加,接触界面承受更强的交变应力,导致塑形变形增强,造成更严重的磨损。通过ANSYS计算得到,在静态载荷下,最大Von Mises stress位置不发生变化;在动态载荷下,最大Von Mises stress向中间区域移动,且最大Von Mises stress存在很大的突变,使得接触边缘萌生裂纹,这与实验中边缘区域产生的裂纹的结果相一致;接触状态的变化规律与实验结果相吻合。2、载荷频率与扭动频率不重合时,各工况下T-θ曲线在椭圆形和平行四边形间转变,接触界面处于部分滑移和完全滑移状态,随载荷频率增加,T-θ曲线以平行四边形为主,整个接触区域处于完全滑移状态。随循环次数的增加,摩擦扭矩先增大后保持稳定,载荷频率越高,稳定阶段摩擦扭矩越大,对应的最大摩擦耗散能亦越大。高载荷频率下,材料的表面应变较快,导致材料的韧性降低,屈服强度下降,表面更容易产生疲劳裂纹,使得材料更容易脱落,磨损量较大,造成磨损加重。仿真结果显示,各工况下,接触状态呈现出动态的变化,处于部分滑移时,载荷频率增大,粘着区域减小,滑移区域增大,导致接触界面的磨损加重,最大摩擦应力出现粘滑交界位置,此位置是最容易萌生裂纹的位置;处于完全滑移时,摩擦应力分布不同及大小不同,导致磨损的不同,随载荷频率的增加,摩擦应力逐渐向中心区域移动,使得中心区域的磨损逐渐增加,造成高载荷频率下的磨损更为严重,仿真结果与实验分析结果相对应。3、载荷频率与扭动频率重合时,随着重合比的增加,T-θ曲线以平行四边形为主,扭动运行于完全滑移状态;稳定阶段摩擦扭矩与载荷频率成线性增加,磨损量与重合比成正比线性关系;频率重合能诱发产生更高的频率,使接触界面应变加快,摩擦力变化的剧烈程度也越大,接触界面的切向应力变化亦越剧烈,MC尼龙亚表面的基体崩溃越严重造成严重的疲劳磨损;仿真结果表明,当法向载荷最大时,随着重合比的增加,接触状态从部分滑移逐渐向完全滑移状态转变,当法向载荷处于最小值时,接触状态均处于完全滑移状态;随着重合比的增大等效应力向中心区域移动,重合比越大,应力分布范围越广;最大摩擦应力随重合比的增加而增加,分别为0.11MPa、0.15MPa、0.17MPa,导致磨损随之增加。4、试验结果和仿真结果相对应,能够合理的解释了实验结果中扭动机制的变化现象,进一步加深了对动态载荷下扭动机制的认识。