基于Circular模型的大剪应变率点接触弹流界面滑移数值分析

采用Circular流变模型,将假定的流体的极限剪应力特性模型拟合入Reynolds方程,编写Fortran语言程序,数值模拟界面滑移效应.计算从弹流润滑(EHL)延展到动压润滑(HL)区域.随着速度增加,摩擦系数曲线出现反常波动,表现为两个异常拐点.在中、高速度下,模拟获得的接触轮廓等值线图中观测到入口凹陷及中心区下凸.进一步讨论了载荷、速度、综合弹性模量、滑滚比等因素对滑移的影响.界面滑移效应被认为是产生反常接触轮廓和摩擦力波动的主因,与试验结果互为验证.     

对基于恢复时间的剪稀流变模型的进一步探讨及其对squalane油品流变特性的模拟

本文作者前期基于球-杆变形后恢复到原状态的时间,建立了新的形式较简单的流变模型,并模拟了黏度较高的聚合油PAO 650的摩擦系数曲线.本文中将该模型的应用范围进行了推广,模拟了黏度较低的squalane油品的流变特性.把该流变公式应用到点接触热流变弹流润滑的数学模型中,通过与试验测得的摩擦系数的比较确定了使用该模型时squalane油品的待定参数值,进而得到了点接触热流变弹流润滑的完全数值解.结果表明:解得的压力、膜厚和温度的变化规律均符合预期,且摩擦系数曲线与试验结果整体吻合性较好.新流变模型对高、低黏度的油品均能得到合理的流变特性曲线,说明作者的基于恢复时间的流变模型具有一定的正确性和可应用性.另外,由新模型计算得到的squalane油品的剪应力曲线呈现出一近似水平段,这也在一定程度上解释了流变试验文献中多次提到的极限剪应力现象.     

渐开线直齿轮弹流润滑条件下的多轴疲劳寿命预估

本文中基于弹流润滑分析和次表面应力建立了渐开线直齿轮多轴疲劳寿命计算模型.相对于传统的单轴疲劳模型,考虑了齿轮固定点的应力历史和材料属性对疲劳寿命的影响,并可以得到齿轮在完整啮合过程中的寿命分布.首先建立齿轮的有限长弹流计算模型,得到齿轮啮合过程中的油膜压力和油膜厚度,再根据油膜压力计算出次表面的应力分布;通过分析齿轮计算区域随啮合过程移动的关系,得到固定点的应力历史,再根据基于应力历史的多轴疲劳寿命模型对齿轮的完整啮合过程进行寿命预估.计算分析了不同粗糙度幅值对轮齿各点寿命大小和分布的影响.研究表明:齿面粗糙度对疲劳寿命的影响显著,随着粗糙度幅值的增大,表层下最大应力向齿面移动,导致低疲劳寿命区向齿面发展且逐步扩展到整个单齿啮合区;而表面粗糙度降低到一定程度则对疲劳寿命的影响变得不明显.     

非牛顿体通用模型线接触弹流润滑的数值分析

基于润滑剂在弹流润滑状态下表现为非牛顿体特性,根据弹流润滑理论,采用一种新的非牛顿体流变模型,建立了适用于非牛顿体的修正Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程,进行了等温弹流润滑的数值计算,并在等温解的基础地温度场分析。数值分析结果表明,由于滑滚比和模型参数对剪应力影响较大,因而在滑滚比和模型参数较大时应进行热弹流计算。通过温度场分析可证明：非牛顿体通过模型可用于等温弹流润滑和热弹流润滑计算。     

基于载荷分担理论的渐开线斜齿轮热混合弹流润滑分析

沿接触线把斜齿轮分成许多小薄片,每一薄片看成具有当量角速度的直齿轮,根据欧拉方程得到任一接触点处的曲率半径和表面速度.然后基于载荷分担、弹流润滑和粗糙线接触理论,建立了考虑表面粗糙度的斜齿轮传动混合热弹流润滑模型.研究了斜齿轮传动稳态载荷分布下牛顿流体和Carreau流体时的润滑特性.结果表明:牛顿流体和Carreau非牛顿流体模型下,中心油膜厚度、油膜承载比例、油膜温升随时间和接触线的变化规律相同.牛顿流体下的摩擦系数较工程实际偏大.Carreau非牛顿流体模型下摩擦系数和工程实际相符,其随接触线啮合位置的变化规律与油膜厚度正好相反.     

轮轨试样表面粗糙度取向对油润滑下摩擦系数的影响

黏着力是列车安全与平稳运行的关键因素之一.最大黏着力与摩擦力有关,摩擦力的减小会导致黏着力的降低.表面粗糙度及其取向是影响摩擦系数的重要因素,然而,有关表面粗糙度取向对于混合润滑状态下摩擦系数的影响的研究结论似乎是矛盾的.用激光离散改性技术将车轮试样表面制备成具有菱形、纵纹、横纹3种典型的形貌,并且与不作激光离散改性处理的车轮试样作对比,用基于确定性模型的统一雷诺方程数值分析法和小比例尺度的轮轨试样摩擦学实验,得到的结论是:在油润滑状态下,激光表面形貌大幅提高摩擦系数,其中菱形对应的摩擦系数最大,纵纹与横纹的摩擦系数相差不大,摩擦系数的大小主要取决于由表面粗糙度取向决定的接触区内粗糙峰接触压力与总压力之比,侧流效应也是影响摩擦系数的重要因素,它主要取决于接触区内表面粗糙度的取向.     

粗糙度纹理对有限长线接触混合润滑影响

采用统一Reynolds方程建立有限长线接触混合润滑模型,研究横向、纵向和二维规则表面粗糙度的波长、幅值及工况变化对润滑影响.结果表明:波长、幅值与工况对三种表面粗糙度接触副的润滑影响类似;随着载荷增大,平均膜厚降低,摩擦系数、接触载荷比与接触面积比均增大;随着转速升高,平均膜厚增大,摩擦系数、接触载荷比与面积比均降低,其中摩擦系数随转速进一步增大而小幅升高.在润滑状态转换区域润滑特征参数变化显著,而其他润滑区域变化平缓.沿卷吸速度方向的压力与膜厚波动分布存在相位差,垂直方向则同相位;相同的工况和粗糙度参数时,纵向粗糙度分布更有利于接触润滑.     

磨合过程中液体润滑实现超低摩擦的混合模型研究

针对球-盘滑动试验,在磨合过程中获得超低摩擦的液体润滑状态,建立耦合流体润滑、粗糙接触力学、Archard磨损方程和相关物理参数(液体黏度、表面粗糙度和磨损系数)时变函数的混合模型,研究磨合过程中液体润滑的摩擦系数演化.通过数值模拟结果可知：在磨合过程中,润滑介质等效黏度增大,形成流体动压润滑薄膜,有效隔开粗糙表面;其次在磨合过程中,新生成的表面粗糙度降低,减少粗糙峰承载比,实现超低摩擦润滑状态;最后在适当的液体黏度和提高表界面效应减少边界摩擦系数,可进一步实现液体超低摩擦润滑状态.为磨合过程宏观液体润滑性能演化所建立的混合数值模型对提高液体润滑超低摩擦设计效率具有重要价值意义.     

基于软弹流润滑模型的液压格莱圈密封性能分析

基于软弹流理论建立了液压往复格莱圈密封的数值分析模型,该耦合模型包括流体力学、接触力学、变形和热分析.数值求解获得了密封区域的膜厚、流体压力和接触压力分布,以及单个行程的流量和活塞杆表面的摩擦力,揭示了液压往复格莱圈密封的密封机理.通过参数化进一步分析了不同密封表面均方根粗糙度、密封压力和往复速度对密封性能的影响.结果表明:在本研究中,密封区域表现为混合润滑状态,且以微凸体接触摩擦为主;较小的密封表面均方根粗糙度值具有较好的密封性能,增大密封压力会导致泄漏量和摩擦力均增加,而增大往复速度有利于减小泄漏量.     

平行运动的粗糙表面润滑承载性能研究

分析了微米级润滑膜条件下,光滑表面在静止粗糙表面上平行运动时的润滑状态及其承载机制,利用Reynolds流体润滑方程分析粗糙度对油膜压力、载荷及摩擦系数的影响,采用有限差分法计算在正弦和随机粗糙峰条件下油膜的压力分布曲面图,通过改变正弦粗糙度的峰高和波长分析油膜承载能力和摩擦系数随粗糙度变化的规律,同时分析了最小油膜厚度对润滑状态的影响.结果表明:两光滑平行运动的平面无法承载,而粗糙表面微粗糙峰的收敛楔形部分可以形成流体动压润滑膜并承受一定载荷;在给定最小油膜厚度的条件下,随着正弦波峰值增加,承载能力达到最大值后缓慢降低,摩擦系数达到最小值后缓慢增大;除了粗糙峰波长很小时摩擦系数很大以外,波长对摩擦系数的影响很小,而承载能力随波长以二次曲线变化并出现最大值;在给定粗糙度幅值条件下,当最小膜厚在1～100 μm时,随着最小油膜厚度的增加,承载能力减小,摩擦系数逐渐增大.     

基于表面织构技术改善摩擦学性能的研究进展

利用表面织构技术改善材料表面摩擦学性能已被大量应用于许多工程领域. 然而,通过表面织构技术提高材料表面的减摩耐磨性能的确切机理仍不清楚,因此,研究人员进行了大量表面织构几何特征和工况条件的优化来研究表面织构技术的机理及应用范围. 本文作者回顾了近年来表面织构技术在控制摩擦方面的主要研究成果,从不同润滑条件下的减摩机制与理论模型展开讨论,重点从表面织构的几何特征和实际工况条件两个方面来评述改善材料表面摩擦学性能的最新进展,其中,几何特征包括表面织构的纹理形状、直径、深度、面密度和排列方式;实际工况条件取决于摩擦形式及操作条件,根据摩擦系数、磨损量、承载能力、阻力系数及升力系数等体现摩擦学性能的参数,对改善表面摩擦学性能的参数和条件进行分析和总结. 深入研究精确的理论模型和普适性的模拟方法并开发改善摩擦学性能的参数优化方法是未来的研究重点和方向.      

润滑力学中非牛顿流动的普遍Reynolds方程

本文导出了润滑力学中关于非牛顿流动的普遍 Reynolds 方程。这一方程适用于多种非牛顿流动模型,可以用于解算热流体动力润滑或热弹性流体动力润滑膜的压力分布。本文给出了一种同时求出剪应力、剪切率、速度和等效粘度的解法,并以两种润滑力学中常用的流变模型为例,应用这一方程得到了线接触热弹性流体动力润滑问题的数值解。     

The effect of volume relaxation on elastohydrodynamic lubrication

In elastohydrodynamic lubrication (EHD) three important non-Newtonian effects arise. These are volume viscoelasticity, shear viscoelasticity, and the variation of viscosity with shear rate. All these effects tend to decrease the shear stress or traction.In this paper the effect of volume relaxation of EHD is examined using experimental viscosity data obtained in a simple viscometric flow. It is shown that the viscosity of a fluid during EHD is unlikely to reach its equilibrium value. Approximations to the viscosity as a function of time lead to the conclusion that volume and shear viscoelasticity have effects which are of the same order of magnitude and will be difficult to separate except by an exact knowledge of the shear rate and pressure profiles.     

润滑理论研究的进展与思考

全面阐述了润滑理论研究中关于各种润滑状态,包括流体润滑、边界润滑、弹流润滑、薄膜润滑以及混合润滑等的研究进展和存在的问题;并进而就今后的润滑理论研究提出了若干建议.     

不同滑滚比下润滑油膜流变特性试验观察与数值模拟

通过在原有的球-盘接触光干涉润滑油膜测量装置上增设摩擦力测量单元,实现了任意滑滚比下油膜厚度和摩擦系数的同步测量与润滑状态的直观识别. 采用FVA3参考油,分析了不同滑滚比、速度和载荷下的摩擦系数变化规律,并结合油膜干涉图明确了润滑状态与热效应机制,推断出摩擦系数曲面在较低速工况存在混合润滑区域;通过采用基于恢复时间的流变模型对FVA3油品的流变润滑进行数值模拟,并与同等工况下的试验结果进行定量对比,两者取得了良好的吻合性,验证了试验测量的准确性和流变模型的适用性.      

小肠的结构及边界润滑模型建立

为了实现内窥镜的无损诊治,提高肠道机器人的行走能力,需构建肠道的结构模型和边界润滑模型.本文以小肠为研究对象,表征了其内部结构,测定了肠道内表面摩擦系数与径向应变、载荷和滑动速度之间关系.结果表明:小肠内表面结构由皱襞、绒毛和微绒毛组成;直径变化是影响其摩擦的首要因素,其次是滑动速度和载荷.运用薄膜理论,根据小肠内部结构特征和摩擦系数的变化规律,构建其结构模型及边界润滑模型,并推断出小肠收缩状态润滑形式为流体动压润滑,摩擦阻力主要由肠黏液表面剪切力决定,膨胀时,润滑形式为薄膜润滑,摩擦阻力由肠黏液表面剪切力、绒毛产生的约束力和吸附力决定.     

Experimental study on wheel-soil interaction mechanics using in-wheel sensor and particle image velocimetry part II. Analysis and modeling of shear stress of lightweight wheeled vehicle

Wheeled vehicle mobility on loose sand is highly subject to shear deformation of sand around the wheel because the shear stress generates traction force of the wheel. The main contribution of this paper is to improve a shear stress model for a lightweight wheeled vehicle on dry sand. This work exploits two experimental approaches, an in-wheel sensor and a particle image velocimetry that precisely measure the shear stress and shear deformation generated at the interaction boundary. Further, the paper improves a shear stress model. The model proposed in this paper considers a force chain generated inside the granular media, boundary friction between the wheel surface and sand, and velocity dependency of the friction. The proposed model is experimentally validated, and its usefulness is confirmed through numerical simulation of the wheel traction force. The simulation result confirmed that the proposed model calculated the traction force with an accuracy about 70%, whereas the conventional one overestimated the force, and its accuracy was 13% at the best.     

弹流润滑与薄膜润滑转化关系的研究

采用ＮＧＹ－２型纳米级膜厚测量仪,研究了润滑膜厚度与各工况因素之间的关系,分析了薄膜润滑的机理,探讨了膜厚、速度、润滑油粘度等各因素对弹流润滑与薄膜润滑之间转化的影响,建立了转化临界膜厚值与润滑剂表观粘度的关系。