基于耦合振子模型的摩擦力计算研究

以界面摩擦为研究对象,探讨了基于耦合振子模型(coupled-oscillator model)的滑动摩擦微观机理,分析了滑动过程中的能量耗散问题. 采用Maugis-Dugdal接触模型替代界面摩擦中的Lennard-Jones势能,并将该模型融入耦合振子模型之中,通过计算振子在一个周期内的能量增加值,推导出了界面摩擦力的理论计算公式. 理论分析表明,对于探针-试样接触系统,滑动摩擦力近似随着法向载荷的2/3次方增加,这与纳米摩擦学经典理论是相符的.理论计算结果与超高真空原子力显微镜镀铜探针在Cu(111)晶面扫描实验结果符合良好,表明本文提出的理论和方法可行. 关键词： 耦合振子模型 界面摩擦 摩擦力 法向载荷     

含摩擦与碰撞平面多刚体系统动力学线性互补算法

基于接触力学理论和线性互补问题的算法, 给出了一种含接触、碰撞以及库伦干摩擦, 同时具有理想定常约束(铰链约束) 和非定常约束(驱动约束) 的平面多刚体系统动力学的建模与数值计算方法. 将系统中的每个物体视为刚体, 但考虑物体接触点的局部变形, 将物体间的法向接触力表示成嵌入量与嵌入速度的非线性函数,其切向摩擦力采用库伦干摩擦模型. 利用摩擦余量和接触点的切向加速度等概念, 给出了摩擦定律的互补关系式; 并利用事件驱动法, 将接触点的黏滞-滑移状态切换的判断及黏滞状态下摩擦力的计算问题转化成线性互补问题的求解. 利用第一类拉格朗日方程和鲍姆加藤约束稳定化方法建立了系统的动力学方程, 由此可降低约束的漂移, 并可求解该系统的运动、法向接触力和切向摩擦力, 还可以求解理想铰链约束力和驱动约束力. 最后以一个类似夯机的平面多刚体系统为例, 分析了其动力学特性, 并说明了相关算法的有效性.      

石墨烯环氧涂层的耐磨耐蚀性能研究

将石墨烯水分散液添加到双组份水性环氧树脂中制备石墨烯固体润滑涂层,采用交流阻抗谱和动电位极化曲线研究了涂层在模拟海水(3.5%Na Cl溶液)中的电化学腐蚀行为和失效过程;采用UMT-3摩擦磨损试验机评价了三种石墨烯基环氧涂层在干摩擦和海水环境条件下的滑动摩擦磨损行为,并分析了其磨痕形貌和磨损机理.结果表明:石墨烯可以明显提高水性环氧的涂层电阻和电荷转移电阻,并降低环氧涂层在干燥条件与海水环境的摩擦系数和磨损率;石墨烯环氧涂层的摩擦系数和磨损率在海水环境中均比干摩擦低.     

锂盐添加剂对润滑油摩擦学性能和导电性的影响

采用MFT-R4000型往复摩擦磨损试验机测试四氟硼酸锂(Li BF4),双三氟甲烷基磺酰亚胺锂(Li NTf2)和六氟磷酸锂(Li PF6)这3种锂盐作为润滑油添加剂时对基础油的摩擦学性能的影响,利用OLS4000型三维形貌测量仪测量钢块的磨损体积,并利用扫描电子显微镜(SEM)观察钢块磨痕的表面形貌.采用DDSJ-308A型电导率测定仪测量不同锂盐含量下,润滑油的盐度和电导率的变化情况,阐述锂盐含量和润滑油电导率之间存在的关系.研究结果表明:锂盐能够降低润滑油的摩擦系数,增强其抗磨性,具有良好的摩擦学性能;同时锂盐的加入使基础油的导电性得到很大提高.     

表面形貌变形对塑性成形滑动接触界面摩擦的影响

为了更好地理解塑性成形滑动接触界面的摩擦行为,构建了一种新型的摩擦试验装置,运用表面纹理化技术制备了两类表面形貌的1050铝材试件,在不同的接触压力和滑动速度条件下进行一系列拉伸摩擦试验.对试验前后试件三维表面形貌进行了测量;提取真实接触面积比、封闭空体面积比和开放空体面积比等三维表面参数,来描述试件表面形貌的变化.试验发现:摩擦系数随名义接触压力和滑动速度增加而逐渐减小;试件初始表面形貌对摩擦有明显的影响;试件表面形貌和参数随接触条件出现了规律性变化.基于机械流变模型的分析表明:随着试件表面形貌变形,不同的机理决定界面摩擦行为,摩擦系数对名义接触压力和滑动速度的依赖性可分别归因于微观塑性流体动压润滑效应和入口区流体动压牵引效应.     

海洋结构物摩擦学问题的研究进展

海洋结构物主要包括海上钻井平台、油气开采平台、FPSO、海底输油管线及海上大型储油罐等大型海上结构物.海洋结构物总是处于波浪、海流、风暴、海冰等严峻海洋环境中,并受到海生物污损、海洋腐蚀、磨损等多方面因素相互作用的影响,摩擦学问题无处不在.论文针对海洋平台结构、流体处理及运输设备、定位设备及作业设备四方面的摩擦学问题进行论述,主要介绍了海洋平台结构、管道系统及海水泵、锚链及螺旋桨、钻井套管及电潜泵等海工设备的工作特点,概述了国内外关于这类海工设备的摩擦学问题的研究现状,并对海洋结构物的摩擦学研究重点进行了展望.     

生物油对发动机缸套摩擦学性能的影响

以生物油为研究对象,利用乳化技术对生物油进行提质改性,在发动机缸套-活塞环摩擦磨损试验机上考察了提质前后生物油的摩擦学性能.利用表面轮廓仪,扫描电镜与X-射线光电子能谱仪表征了发动机缸套摩擦表面的微观形貌及化学元素状态,探讨了相关的摩擦磨损机理.结果表明:小球藻生物油比稻壳生物油对缸套-活塞环具有更好的减摩抗磨性能;通过乳化提质方法,可以快速提升生物油的性能;生物油的减摩润滑作用归因于油品中的有机物在缸套表面吸附、摩擦挤压及摩擦沉积形成润滑油膜,局部摩擦熔融形成的"微滚珠",以及在摩擦表面生成的Fe₂O₃及FeOOH氧化膜.此外,小球藻生物油能在摩擦副表面形成含N有机保护膜,这是其具有更好摩擦学性能的重要原因.     

Fe-Ni基高温自润滑复合材料摩擦磨损特性研究

本文中采用滑动磨损试验方法研究了以PbO和WS2为润滑组元的复合材料与440C不锈钢配副在25～600℃温度范围内的摩擦磨损特性.通过X射线衍射仪分析发现复合材料中含有铬的硫化物等高温润滑物质生成.使用扫描电镜和金相显微镜进一步分析了材料摩擦表面形貌.结果表明:在500 ～ 600℃范围内,PbWO4、CrxSx+1等各种金属化合物在摩擦表面形成了较完整的润滑膜,产生了自润滑能力,具有优良的减摩耐磨性能.润滑膜材料可向摩擦对偶表面转移,在一定程度上阻止了复合材料与440C不锈钢对摩材料的直接接触,显著降低了材料摩擦系数和磨损率,实现了高温自润滑性能.本文进一步探索了单一润滑组元润滑膜和两种润滑组元润滑膜的承载能力,发现两种固体润滑组元产生的协同润滑效应显著改善了润滑膜的润滑性能.     

Ti-46Al-2Cr-2Nb和Ti6Al4V合金的干摩擦学性能对比研究

本文以商业Ti-6Al-4V合金为参照,考察了Ti-46Al-2Cr-2Nb(原子比)金属间化合物在不同载荷和速率下的干摩擦学行为,结果表明:Ti-46Al-2Cr-2Nb和Ti6Al4V合金的摩擦系数几乎相同,而Ti-46Al-2Cr-2Nb金属间化合物比Ti-6Al-4V具有更好的抗磨性;Ti-46Al-2Cr-2Nb和Ti6Al4V合金的磨损率均随载荷的增加而增加,Ti-46Al-2Cr-2Nb合金磨损率随滑动速率增加而增加,Ti-6Al-4V合金磨损率却随滑动速率增加呈下降直至稳定的趋势;Ti-46Al-2Cr-2Nb合金的磨损机制主要为疲劳磨损,Ti-6Al-4V合金的磨损机制为塑性变形,犁沟和剥落.     

层片式复合材料摩擦性能与表面形态的研究

粉末冶金材料摩擦面上多组分的混合以及第三体的存在,不利于澄清材料中不同组分对摩擦性能的贡献程度.本文采用机械组合方法制备了铜-钢-铝层片式摩擦材料,通过定速摩擦试验机,在干、湿两种条件下,观察了3种组分的摩擦表面微结构随摩擦速度的变化过程,测试了不同条件下的摩擦性能.结果表明:铜良好的塑性和焊合性,易形成与基体黏附性良好的第三体,使表面的粗糙程度增加;钢较高的强度及其氧化物的脆性,形成的第三体流动性好且与基体的结合强度有限,容易发生开裂和脱落;铝形成的富氧化铝的第三体,其颗粒间较差的黏合程度易在表面弥散分布,使表面平整度好.在摩擦速度低于900 r/min条件下,水分的润滑作用使湿摩擦条件下的摩擦系数低于干摩擦;摩擦速度高于900 r/min时,水分的冷却和清理微细第三体颗粒的作用,降低了材料的软化程度和第三体的流动性,使湿摩擦系数大于干摩擦系数.