在球／平面接触条件下,微动磨损可分为四种基本运行模式,即：切向微动、径向微动、扭动微动和转动微动。目前绝大多数的研究集中于切向微动模式,实际的微动现象十分复杂,往往是两种或两种以上基本模式耦合作用的结果。但至今有关复合微动的研究报导较少,扭动和转动相复合的微动模式则更少。开展扭转复合微动的研究,不仅对认识和深化复杂微动损伤机理有重要意义,而且也能为众多领域抗微动损伤提供理论指导。本研究基于高精度低速往复回转电机系统、可调式电机安装倾斜装置和6-D力学传感器,发明并成功研制出新型扭转复合微动试验装置,真实模拟了球／平面接触条件下的扭转复合微动,试验结果有很好的可比性和再现性。本文在不同倾斜角度、角位移幅值、载荷水平和循环次数下,系统地开展了不同典型材料(LZ50中碳钢、7075铝合金、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA))和两种流体介质(VG46润滑油和纯水)下的扭转复合微动试验。在动力学分析的基础上,利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、电子能谱(EDX)、光电子能谱(XPS)、原位纳米力学测试系统、双模式表面形貌仪等进行微观分析,并结合摩擦振动和噪声的检测和有限元模拟,系统揭示了扭转复合微动的运行行为和损伤机理。完成的主要研究内容和取得的主要结论如下(一)不同材料的扭转复合微动运行行为和损伤机理针对LZ50中碳钢、7075铝合金、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA),系统研究了其扭转复合微动的运行和损伤行为。在大量实验结果的基础上,总结了3种基本类型的扭转复合微动的动力学曲线(Ft-θ曲线),即直线型、椭圆型和平行四边形型；研究建立了扭转复合微动的运行工况微动图(RCFM),结果表明倾斜角度、角位移幅值、循环次数、法向载荷及材料性质等强烈地影响着扭转复合微动的运行区域和损伤行为；结果表明Ft/Fn时变曲线和摩擦耗散能时变曲线在一定程度上均可以反映微动的损伤特性和微动分量的支配程度；扭转复合微动呈现非对称的损伤形貌,且扭转复合微动比单一模式的扭动或转动微动更易导致材料的失效；从表面损伤的角度看,剥层现象更加突出且偏爱于发生在中等倾斜角度下,相同角位移幅值下的磨痕最大深度和纵横比均高于单一的扭动或转动微动模式。此外,研究建立了针对扭转复合微动的表面损伤过程物理模型。(二)扭转复合微动的局部疲劳与磨损的竞争机制(1)对LZ50钢剖面分析表明：白层(TTS)的分布明显地受微动分量的影响,横向裂纹易在微动白层和塑性变形区的界面形成,在磨损过程中白层的演变与疲劳裂纹的形成和接触表面的疲劳剥落机制有密切的关系。(2)对7075铝合金的剖面分析表明,在不同的微动区域损伤呈现完全不同的特征。在部分滑移区,复合微动作用下极易导致疲劳裂纹的萌生并主要沿平行于接触表面方向扩展,该区域微动损伤主要表现为局部疲劳。在混合区,裂纹扩展特性非常复杂,当微动损伤主要受扭动分量控制时,疲劳裂纹主要分布于环状磨损区下,裂纹分叉现象严重：当微动损伤主要受转动分量控制时,疲劳裂纹主要位于接触中心黏着区两侧,裂纹扩展方向相对单一并呈对称特征。在混合区,裂纹的扩展速率高于材料的磨损速率,微动损伤表现为局部疲劳明显强于局部磨损。在滑移区,磨痕形貌主要呈“U”型凹坑状,裂纹的扩展速率低于磨损率,无明显的向基体内扩展的裂纹形成。(3)研究发现扭转复合微动状态下可以形成两类不同类型的局部隆起,并揭示了两类不同隆起的形成机理,发现疲劳裂纹的形成与接触区局部隆起密切相关,分别建立了两种微动分量控制下接触区局部隆起及疲劳裂纹形成过程的物理模型。(三)扭转摩擦磨损的摩擦振动与噪声分析为了建立损伤机制和摩擦振动/噪声信号间的内在联系,进一步揭示扭转复合微动的损伤机制,本研究利用摩擦振动/噪声检测对PMMA的扭转摩擦磨损过程进行了分析,研究结果表明：(1)在部分滑移状态下,由于接触界面的相对运动主要由弹性变形协调,微动作用并未激发出明显的可检测到的摩擦振动/噪声信号。在完全滑移状态下,发现材料的损伤行为与振动／噪声信号间有密切的关系。如：表面损伤程度与摩擦振动／噪声信号的事件数密切相关；局部隆起加剧了切向的摩擦振动；疲劳裂纹的形成在一定程度上能有效抑制切向振动；磨粒磨损对噪声和切向振动信号均有显著的增强效应等。通过小波分析发现,在不同的微动阶段,振动和噪声信号随损伤机制的变化表现出完全不同的演变特征。(2)研究发现,在微动和往复滑动状态下,摩擦振动和噪声信号也表现出截然不同的特征。主要变现在事件数随循环次数的演变；摩擦振动／噪声信号幅值的大小和分布位置的变化等。研究发现摩擦振动／噪声信号可以作为判定某种工况下的摩擦磨损属微动或滑动范畴的重要参考依据。此外,发现累积事件数与磨损体积在微动和滑动状态下各自呈独立的线性关系,滑动条件下单位累积事件发生数的磨损量明显高于微动状态下。