低载荷下PTFE-不锈钢摩擦特性及力学模型研究

摘要

在滑移隔震支座中，聚四氟乙烯（PTFE）和不锈钢所构成的摩擦副应用广泛，其摩擦特性是影响支座隔震效果的关键因素之一。为研究其在低载荷条件下的摩擦特性，通过滑动摩擦试验考察静摩擦系数和动摩擦系数随载荷变化的规律，以及动摩擦系数与速度的相互关系。建立PTFE-不锈钢的摩擦力模型，并结合振动试验和数值分析对该模型的准确性进行验证。此外，对比评估了该力学模型与库仑模型在预测摩擦行为方面的适用性。结果表明：静摩擦系数和动摩擦系数均与竖向载荷显著相关。当压强为0～0.5 MPa时，静摩擦系数随压强增大而大幅度降低；当压强为0.5～1.2 MPa时，静摩擦系数的降幅趋缓并基本稳定在0.045左右。对于动摩擦系数，当压强为0～2.0 MPa时，其随压强增大呈现出先减小后增大的趋势，且增速持续减缓；同一压强下，动摩擦系数随速度增大而增大，并在速度达到一定阈值后趋于稳定，而且不同压强下的上限值均接近0.202；动摩擦系数与速度的关系可用指数函数描述。在多次振动响应试验中，加速度时程曲线的重合度优于相对位移的重合度，但随着试验次数的增加，相对位移的重合度有所提高。通过对比位移变化量和加速度极值，验证了基于指数函数模型的理论分析值与试验值的高吻合度。相较于库仑模型，指数函数模型能更准确地反映低载荷下摩擦力的特征，也更适用于滑移隔震支座的动力响应分析。

关键词

聚四氟乙烯(PTFE) / 不锈钢 / 滑移隔震 / 力学模型 / 低载荷 / 摩擦系数