界面摩擦过程非连续能量耗散机理研究

结合无磨损界面摩擦微观能量耗散机理的复合振子模型,运用量子理论建立了微观能量耗散的量子力学模型.分析表明：在滑动过程中,当界面原子从一种平衡态跳跃至另一种平衡态时,摩擦功以离散形式耗散为界面原子热振子,且界面吸收能量的能力是离散的;高能态界面较低能态界面吸收能量的能力强,表现为易于吸收界面势能.界面原子吸收和释放能量的离散性在宏观上表现为摩擦功耗散的非连续性,为从微观角度解释无磨损界面摩擦状态周期性变化提供了理论基础. 关键词： 摩擦 非连续能量耗散 复合振子模型     

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     

基于非连续能量耗散的滑动摩擦系数计算模型

分析了界面摩擦状态下能量非连续耗散过程,建立了简化条件下晶体材料界面摩擦滑动摩擦系数计算模型.结果表明:在弹性接触状态下,滑动摩擦系数与载荷及实际接触面积无关,当实际接触面积接近名义接触面积时,滑动摩擦系数随载荷增加而减小.在缓慢滑动时,滑动摩擦系数随滑动速度的增高而缓慢增大,相对滑动速度愈高,滑动摩擦系数增大趋势愈显著.滑动摩擦系数随晶格常数的增加而降低,而当晶格常数较大时,其变化对滑动摩擦系数影响较小.同时,滑动摩擦系数随原子的可能温升增加而增大.研究结论对工程应用及相关的理论研究具有一定的参考意义. 关键词： 滑动摩擦系数 非连续能量耗散 界面摩擦     

热激发效应对界面摩擦的影响

论文主要从微观角度研究摩擦热产生的机理及摩擦热对摩擦性能的影响. 依据固体物理学中原子热振动理论, 以界面摩擦为研究对象, 从分析界面原子的受迫振动出发, 得出界面摩擦过程中原子的振动实际上是自激振动和受迫振动的叠加, 界面原子在非平衡状态下的热振动将导致声子的激发和湮灭, 进而导致摩擦热的产生, 摩擦界面的温度升高. 然后, 从温度对界面原子能级分布和跃迁的影响角度探讨了热激发效应对界面摩擦的影响, 分析得出如下结论: 温度低时, 界面原子处在激发态的概率随着温度的升高而增加, 导致摩擦系数随温度增加而增加; 温度在100 K附近界面原子处在激发态的概率出现峰值, 导致摩擦系数出现峰值; 当温度高于临界值后, 摩擦系数随温度的升高反而会降低. 最后将本文的理论分析的结果与他人的实验结果对比, 显示两者的趋势一致, 表明本文提出的理论和方法可行.     

温度对微界面摩擦影响的研究

以微观界面摩擦为研究对象,分析了温度变化对材料摩擦性能的影响.基于Towle剪切强度-温度经验公式和晶格热动力学理论,推导出摩擦力与温度之间的理论计算公式.理论分析表明:当界面温度低于材料的德拜温度时,摩擦力随着温度的增加而降低.理论计算结果与原子力显微镜实验结果对比,发现二者趋势一致,表明本文提出的理论和方法可行. 关键词： 界面摩擦 真实接触面积 温度 摩擦力     

血液润滑膜组分的动态变化规律研究

建立了刚脆性血细胞模型，并从理论上定性分析了血液通过不同最小间隙后的变化规律．研制出针对径向滑动轴承变间隙血液组分测量装置，介绍了其结构及工作原理，即通过调整轴与轴承套间相对位置以改变最小间隙，测量不同转速及最小间隙条件下出口区血细胞的压积．结果表明，出口区血细胞的压积与最小间隙及转速有关．当最小间隙hmin〈2μm时，出口区为血浆；当2μm〈hmin〈8μm时，随着hmin增加，出口区血细胞的压积增大，且在低速条件下，随着转速增加，出口区血细胞的压积迅速增大，而在高速条件下，出口区血细胞的压积随着转速增加变化不明显；当hmin〉12μm时，出口区血细胞的压积基本不变．     

改性对硅胶纳米通道润湿性的影响规律研究

研究了多孔硅胶在改性前后不同的壁面特征对纳米通道润湿性的影响规律。采用非平衡分子动力学方法研究了水分子在改性前羟基化及改性后不同链长硅烷化壁面的纳米通道内密度、速度的分布状况,并分析了氢键的径向分布函数。结果表明:羟基化壁面通道的固液界面处流体出现高密度层,几乎无速度滑移,流体密度最大值为1.24g/cm~3,滑移速度仅为0.056?/ps;链长为C_4、C_8、C_(12)的硅烷化壁面通道的固液界面处水的密度分别为1.18g/cm~3、1.12g/cm~3、1.01g/cm~3,滑移速度分别为0.402?/ps、1.211?/ps、1.810?/ps;随烷基链长的增加,固液界面处水的密度接近纯水的密度1.0g/cm~3,固液界面处出现了速度滑移;羟基化通道壁面由于较强的固液相互作用势呈强亲水性;改性后的硅烷化壁面呈疏水性,并随改性层烷基链长度的增加而增强,且固液界面处出现"滑移效应";羟基化通道壁面与水分子存在较强的氢键作用,而改性后硅烷化通道壁面与水分子无氢键的形成,改性层烷基链长的增加减弱了两者的相互作用势,进一步揭示了其疏水机理。     

声子摩擦能量耗散机理研究

以界面摩擦为研究对象,分析了黏滑过程中的能量积累和耗散问题.基于晶格热动力学理论,通过分析界面原子在周期性势场中跳跃前后的势能差,推导了界面原子温升公式.理论表明,界面温升与摩擦系统的接触状态和材料特性有关,界面交互势能是其中影响较大的因素之一.在滑动阶段初期,由于界面原子处于非热平衡状态,晶格的热振动将通过激发出新声子而耗散能量,从而使得非热平衡向平衡状态转变.通过引入量子力学和热力学理论,分析了界面摩擦能量的耗散规律.结果表明,当声子振动频率较大时,黏着阶段存储于界面振子上的弹性势能在滑动阶段就很快完全耗散,耗散时间远小于滑动阶段的时间. 关键词： 界面摩擦 黏滑 声子 温升     

摩擦界面原子受迫振动温升模型及计算研究

通过对界面摩擦过程中原子在接触势能场作用下受迫振动微观机制的分析,基于受迫振动能量全部转化为系统热能的观点,针对独立振子模型建立了摩擦界面原子的温升模型.结果表明：当晶格常数及原子质量较小时,界面原子受迫振动后的温升随晶格常数及原子质量的增大而减小;当晶格常数及原子质量较大时,晶格常数及原子质量的变化对原子受迫振动温升影响不显著;当受迫振动频率低于原子固有频率时,原子受迫振动温升随相对滑动速度的增大而增加;当受迫振动频率接近原子固有频率时,温升加剧;当受迫振动频率高于原子固有频率时,原子受迫振动温升随相对滑动速度的增加而降低.