润滑油密度与黏度关系的进一步探讨及定量广义牛顿热弹流数值分析

基于"同一油品相同的密度对应相同的黏度"这一假说,本文作者将最近提出的在等温条件下由密度求黏度的计算公式推广到热条件之下并进行了进一步的理论探讨.通过引入广义黏度,把润滑油的Eyring流动处理为广义牛顿流动,进而对由squalane油润滑的点接触副在不同赫兹接触压力和卷吸速度下,在滑滚比宽广的变化范围内开展了定量的热弹流数值仿真.仿真得到的摩擦系数与试验结果良好的吻合程度不但证实了作者的由密度求黏度公式在热条件下仍然准确,同时也证实了所用的密度与黏度关系假说的合理性.在比较新黏度公式与Barus、Roelands和Doolittle黏度公式所得数值仿真结果时,提出了一种不需要黏温系数而得到热条件下润滑油黏度值的算法,并用之得到了合理的广义牛顿热弹流解.     

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.     

泡沫铝铜合金静态压缩力学行为和吸能性能的实验研究

通过静态压缩实验研究一种新型闭孔泡沫铝材料泡沫铝铜合金的静态压缩力学行为和吸能性能。对实验得到的一定密度范围内的材料的弹性模量E和平台应力pl关于相对密度进行曲线拟合,发现将Gibson等给出的开孔泡沫理论公式中的幂次常数修正为由实验确定的常数,可以给出一定密度范围的闭孔泡沫铝铜合金材料的弹性模量和平台应力与相对密度之间关系的一个较好的估计。采用比能-应力或比能-应变曲线,可以对不同密度的泡沫铝铜合金材料的吸能情况进行较为直观的比较和分析。该曲线对工程设计具有较好的指导意义。     

一个基于恢复时间的新剪稀模型及其对聚合油PAO 650流变特性的模拟

用球-杆比拟流体层上的分子,通过分析两流体层上球-杆的接触、通过和恢复的过程,基于球-杆恢复到原状态的时间,建立了一个新剪稀模型.该模型虽然在形式上与Carreau模型有相似之处,但其公式仅含有两个流变参数,且是经由严格的理论推导得到的.通过与Carreau模型得到的广义黏度曲线的比较,确定了新流变公式的待定参数.在点接触流变热弹流润滑的数学模型中使用新流变公式,数值模拟了大黏度聚合油PAO 650的流变特性,并与该油在文献中的试验曲线进行了比对.结果表明新流变模型能够较好地模拟大黏度聚合油的流变特性,从而证实了其正确性.进一步,使用新公式计算得到了更多工况下的流变特性曲线,光滑的、合理的曲线分布说明新流变模型具有广泛的适用性.     

湍流自由剪流的自模性理论

本文讨论了自由湍流剪流的速度脉动与温度脉动特性.用与各向同性湍流对比确定经验常数的方法,使所论半经验理论与实验数据的比较中,只有湍流尺度扩散律中的比例系数以及动量扩散与热量扩散问题的各自一个经验常数由实验决定.     

磷酸酯合成油在高压下的固化现象及分析

采用超高压毛细管黏度计考察了磷酸酯合成油和常压下黏度与之相近的合成油A及合成油B的压黏关系,并进行了磷酸酯合成油在高压下固化现象的研究,利用红外光谱和凝胶渗透色谱对固化前后的磷酸酯合成油进行了分析,并从机械力化学角度分析了产生固化的原因.结果表明:磷酸酯合成油的压黏关系上升速度远大于合成油A和B;固化后,磷酸酯的物理状态由液态变成"玻璃态",颜色由透明色变成乳白色;磷酸酯合成油发生了氧化反应,分子量增大;磷酸酯合成油经高压高剪切速率作用后,发生化学反应的原因是机械力作用导致较长分子链断裂,形成大分子自由基,具有很高活性的大分子自由基发生氧化等化学反应.     

一个新的声应力系数及其确定

为建立声焦散线与平面应力条件下裂尖应力强度因子的关系,定义了一个新的声应力系数——声程差随应力线性变化的比例系数,该系数的大小既取决于材料常数又取决于耦合介质及声束的传播历程.借助6061-T6铝、EPTI钢两种材料的实验结果,说明了确定新的声应力系数的方法与步骤.所得结论是:只要确定了平面应力条件下超声纵波速度相对变化与主应力和之比,便可确定新的声应力系数.     

INTERNAL SOLITARY WAVE LOADS EXPERIMENTS AND ITS THEORETICAL MODEL FOR A CYLINDRICAL STRUCTURE

在大型重力式密度分层水槽中, 对内孤立波与圆柱型结构的相互作用特性开展了系列实验. 基于两层流体中 内孤立波的KdV,eKdV和MCC理论, 建立了圆柱型结构内孤立波载荷的理论预报模型, 给出了该载荷理论预报模型中3类内孤立波理论的适用性条件.研究表明, 圆柱型结构内孤立波水平载荷包括水平Froude-Krylov力、附加质量力和拖曳力3个部分, 可以由Morison公式计算, 而内孤立波垂向载荷主要为垂向Froude-Krylov力, 可以由内孤立波诱导动压力计算.系列实验结果表明, 附加质量系数可以取为常数1.0, 拖曳力系数与内孤立波诱导速度场的雷诺数之间为指数函数关系, 而且基于理论预报模型的数值结果与系列实验结果吻合.     

梯度密度黏弹性材料的波传播研究

梯度密度黏弹性材料中波的传播比较复杂。为了研究其在冲击载荷作用下黏弹性响应特征,基于控制方程的Euler形式,利用Laplace变换,得到了这种材料中的波传播规律的一个理论公式;并据此分析了双层周期性黏弹性介质中的应力情况。选择具有梯度密度特性的钛-硼化钛（Ti-TiB₂）材料和碳纤维树脂材料,采用不同的叠合方向和方式,利用分离式霍普金森压杆（split Hopkinson pressure bar,SHPB）加载装置进行了动态冲击实验,并用三波法对得到的实验结果进行处理。同时,采用数值Laplace逆变换方法,结合SHPB测得的入射波与透射波数据,使用推导的理论公式计算出理论解,并与实验结果进行了比较。结果表明:（1）梯度钛-硼化钛材料由于内界面和叠层界面的存在,表现出一定的黏性特性;单层Ti-TiB₂材料的计算结果和三波法分析得到的结果基本一致,双层Ti-TiB₂材料叠合后的计算结果与三波法分析结果存在一定的差异。（2）双层碳纤维树脂材料表现出较强的黏弹性特征,应力波的衰减幅度较大,三波法分析结果与该材料的冲击性能有较大的差异。由此可知,无论是细微观结构特征产生的黏性,还是材料本身的黏性,对材料动力学行为的影响都不可忽略。。     

考虑面层约束时蜂窝芯弹性常数的确定

本文研究了面板约束效应对蜂窝芯弹性性能的影响并基于六边形蜂窝芯夹层板的代表性体单元建立了考虑面板约束效应的蜂窝芯位移模式.根据真实蜂窝芯代表性单元与其等效材料的代表性单元在宏观均匀应变作用下的总弹性应变能相等,导出了蜂窝芯材料等效弹性常数的公式,进一步探讨了蜂窝几何参数对其弹性常数的影响规律.通过与现有理论结果、有限元结果和实验数据进行对比证实本文导出的弹性常数公式具有较好的预报精度.结果表明面板约束对蜂窝芯等效弹性常数有显著影响.     

On the helical pipe flow with a pressure-dependent viscosity

We address the flow of incompressible fluid with a pressure-dependent viscosity through a pipe with helical shape. The viscosity-pressure relation is defined by the Barus law. The thickness of the pipe and the helix step are assumed to be of the same order and considered as the small parameter. After transforming the starting problem, we compute the asymptotic solution using curvilinear coordinates and standard perturbation technique. The solution is provided in the explicit form clearly showing the influence of viscosity-pressure dependence and pipe's geometry on the effective flow.     

Role of pressure dependent viscosity in measurements with falling cylinder viscometer

The falling cylinder viscometer is frequently used in measuring the dependence of the viscosity on the pressure. The viscosity is calculated using an indirect procedure, namely by appealing to the linear relation between the time taken for the fall and the viscosity. Under certain assumptions, the coefficient of proportionality can be derived analytically, and one gets the classical formula for the viscosity as a function of geometric parameters of the device, density of the fluid and the sinker, gravitational acceleration, and the distance and the time of the fall. Although the classical formula is valid only for fluids with constant viscosity, it is indiscriminately used even for fluids with pressure dependent viscosity. We investigate the role of variable viscosity, and we derive a heuristic correction to the classical formula for the case of fluids with pressure dependent viscosities. The systematic error introduced by the unwarranted application of the classical formula for fluids with pressure dependent viscosity is analysed, and it is shown it is measurable and it can in some cases significantly influence the experimental results.     

Der Einfluß von Druck und Temperatur auf die effektive Viskosität in geschmierten kontra-formen Kontakten

Zusammenfassung Die Viskosität von flüssigen Schmierstoffen wird von verschiedenen Parametern, z. B. von der Temperatur, dem Schergefälle und dem herrschenden Druck, beeinflußt. Für die Anwendung der elastohydrodynamischen Schmierungstheorie auf hochbelastete Kontakte, etwa auf Zahnradgetriebe, kommt neben der Viskositäts-Temperaturabhängigkeit der Viskosität-Druckabhängigkeit des Schmierstoffes besondere Bedeutung zu.Derzeitige Möglichkeiten, das Viskositäts-Druckverhalten von flüssigen Schmierstoffen darzustellen und zu messen, wurden aufgezeigt. Insbesondere die Messung des Viskositäts-Druckverhaltens ist bei flüssigen Schmierstoffen nur begrenzt bis ca. 2000 bar möglich.Bei Untersuchungen eines elastohydrodynamischen Linienkontaktes wurden die Verläufe des Druckes, der Temperatur und der Schmierspalthöhe gemessen. Dabei zeigten sich deutliche Einflüsse des Viskositäts-Druckverhaltens auf die untersuchten Parameter. Sowohl das zweite Druckmaximum des Druckverlaufes als auch die Einschnürung im Verlauf der Schmierspalthöhe erwiesen sich als deutlich vom Viskositäts-Druckverhalten des eingesetzten Versuchsöles — bei gleicher Eintrittsviskosität — beeinflußt. Daraus ergibt sich die Möglichkeit, aus solchen Meßergebnissen eines elastohydrodynamischen Kontaktes eine Bestimmung des Viskositäts-Druckverhaltens bis hin zu praxisnahen Drücken vorzunehmen.

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Summary The viscosity of fluid lubricants is influenced by different parameters. For example, viscosity depends on temperature, shear rate and pressure. Applicating the elastohydrodynamic theory of lubrication to high loaded contacts as e.g. realized in gear drives the viscosity pressure dependency also has to be taken into account. Actual possibilities to describe and to measure the viscosity-pressure behaviour of fluid lubricants are offered. In particular, the viscosity-pressure behaviour can be measured up to about 2000 bar.Our investigations of an elastohydrodynamic contact in a two-disk-apparatus with pressure, temperature and gap measurements for several standard oils show new possibilities to estimate the viscosity-pressure behaviour of fluid lubricants.

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Mit 10 Abbildungen und 1 Tabelle     

Global Analysis of the Flows of Fluids with Pressure-Dependent Viscosities

 To describe the flows of fluids over a wide range of pressures, it is necessary to take into account the fact that the viscosity of the fluid depends on the pressure. That the viscosity depends on the pressure has been verified by numerous careful experiments. While the existence of solutions local-in-time to the equations governing the flows of such fluids are available for small, special data and rather unrealistic dependence of the viscosity on the pressure, no global existence results are in place. Our interest here is to establish the existence of weak solutions for spatially periodic three-dimensional flows that are global in time, for a large class of physically meaningful viscosity-pressure relationships. (Accepted May 1, 2002) Published online November 15, 2002 Communicated by S. S. ANTMAN     

Supersonic and intersonic cracking in rock-like material under remote stresses

There are many models that attempt to describe the dynamics of seismology that include plasticity, temperature effect, dissipation and viscosity. While these details are important, useful results of dynamic deformation can be obtained from simple models. The essential features are the internal geometry of porosity and cracked medium. They involve the specific surface or the average distance between one crack to another. This entails the internal sizes of micro- and mesostructure that are not considered by classical mechanics. Only one new parameter is introduced in the simple model, the specific surface while the other parameters are the Lame constants and density.     

冲击波的小波数值计算方法

基于自适应小波配点法和人工黏性技术，构造出一种简单稳定的冲击波数值计算方法。采用小波阈值滤波，生成适应流场分布的多尺度自适应网格，并利用密度场最细尺度的小波系数构造幂函数形式的冲击波定位函数，用以判断冲击波位置。联合人工黏性与冲击波定位函数，自动根据流场梯度严格控制人工黏性的大小和分布。对强/弱冲击波管问题进行计算，结果表明，该方法能够准确捕捉冲击波和有效抑制数值振荡，并且使用简单、分辨率高、计算量小。     

Finite stopping time problems and rheometry of Bingham fluids

It is shown that steady channel, simple shear and Couette flows of a Bingham fluid come to rest in a finite amount of time, if either the applied pressure falls below a critical value, or the moving boundaries are brought to rest. An explicit formula for a bound on the finite stopping time in each case is derived. This bound depends on the density, the viscosity, the yield stress, a new geometric constant, and the least eigenvalue of the second order linear differential operator for the interval under consideration.