关于我国摩擦学发展方向的探讨

通过总结进入新千年以来召开的3次重要国际摩擦学学术会议上发表论文情况,分析了摩擦学发展的现状,指出当今国际摩擦学界研究的主题仍是摩擦、磨损与润滑,而且绝大多数研究都紧密结合工业应用,而表面工程、微观和纳米摩擦学、磁记录系统、生物摩擦学和生态/环境摩擦学等几个领域更加受到关注,在上述分析的基础上,提出了我国摩擦学发展的3个主要方向。     

摩擦学研究的未来方向

最近美国国家科学基金会(NSF)举行了一次专题讨论会,邀请来自学术界,美国联邦实验室和私营工业的国际公认的摩擦学家的一个小组。讨论和建议了摩擦学基础研究的未来方向。讨论会后接着举行了美国机械工程师协会(ASME)美国润滑工程师协会(ASLE)的摩擦学会议(1986年10月20—22日),(Pittsburgh,PA),会上邀请来自私营工业的代表们评价专家们的建议,并提出他们各相应工业的研究需要。在所讨论的许多研究课题之中,强调4个特殊的领域是需要立即注意的。它们是:①摩擦、磨损和破坏的预报模型;②润滑的微观和化学观点;③微观层次上磨损的机理和预防;④高温应用的材料和润滑剂。 注意到这些领域中的许多是极其复杂的,并且可能得益于大学、联邦实验室和私营部门多学科之间的小组的协作。到会者表达了一种观点,那就是非常需要把基础研究成果传递到工业用户手中。     

微/纳米制造技术的摩擦学挑战

评述了国内外航天、信息和军事等高技术领域中微/纳米制造技术的研究现状和发展趋势,介绍了微/纳米制造技术特征及其关键技术问题,揭示了当器件的尺度由毫米量级减小到微米甚至纳米量级时,微器件材料表面和界面的摩擦学(摩擦磨损及润滑)、力学和化学等及其控制方法是微/纳米制造研究中急需解决的关键技术问题.这些问题的解决对摩擦学研究提出了严峻挑战,新的摩擦学理论和技术的出现将为微/纳米制造技术的发展以及相关问题的解决提供保障.     

摩擦学的三个公理

讨论了摩擦学发展中存在的问题,指出作为一门非常重要的应用基础学科,摩擦学在继承摩擦、磨损和润滑几千年来积累起来的理论成果和应用成果的基础上,没有建立与摩擦、磨损和润滑相比有所发展且与自身的定义和性质相适应并可以支持自身独立发展的理论体系和方法体系,提出摩擦学中存在3个基本公理：即第一公理——摩擦学行为是系统依赖的;第二公理——摩擦学元素的特性是时间依赖的;第三公理——摩擦学行为是多个学科行为之间强耦合的结果,由这些公理可以推导出一系列定理和相应的系,同时还讨论了用系统的状态方程和输出方程描述含有摩擦副的系统的特性的方法,并给出了应用举例。     

微观摩擦学研究进展

早在十九世纪中叶就有人试图从原子、分子水平上揭示摩擦过程的本质，然而直到原子力显微镜和摩擦力显微镜问世之后的本世纪八十年代，学术界才明确提出了微观摩擦学这个概念。为了推动微观摩擦学的发展，对微观摩擦学的研究方法及其最新研究进展作了综合介绍与评述。微观摩擦学在基础研究方面首先是从边界润滑之研究提出的，而在应用方面则是从磁头－盘之润滑提出的；在研究方法上主要是原子力显微镜、ＬＢ膜技术、表面力装置、石英晶体微量天平、红外、电子能谱和计算机分子动力学模拟等。目前，微观摩擦学主要应用于高密度磁纪录介质的摩擦学研究，同时还应用于微型机械和大规模集成电路的制造，以及微观摩擦、粘着与磨损行为的基础研究等方面，除此以外，还简明地指出了今后微观摩擦学研究应当重视的若干问题。     

接触式机械密封混合润滑状态摩擦演化规律研究

接触式机械密封在运转中主要处于混合润滑状态,为探究其混合润滑状态下摩擦机理,结合粗糙面弹塑性模型,求解考虑密封端面粗糙度效应的雷诺方程,探究了转速和介质压力等工况条件对密封混合润滑状态密封摩擦参数的影响,推导了密封声发射波能量公式,将密封混合润滑状态分为磨损期和稳定期,应用1.5维谱理论提取密封特征频率,探究混合润滑状态摩擦演化规律.研究结果表明摩擦参数影响密封声发射波能量幅值且密封摩擦形式随混合润滑状态发生变化：在磨损期,微凸体接触特征频率幅值较大,密封端面间摩擦以微凸体接触为主;在稳定期,流体膜黏性剪切摩擦特征频率幅值变大,黏性剪切效应增强,密封端面只存在局部微凸体接触.所得结论对接触式机械密封混合润滑状态摩擦机理的研究具有一定的理论指导意义.     

陶瓷摩擦学研究的发展现状

本文综述了陶瓷摩擦学研究的发展现状,从干摩擦和润滑两个方面总结了氧化物陶瓷(Al_2O_3、ZrO_2)和非氧化物陶瓷(Si_3N_4、SiC)的摩擦磨损性能、磨损机理以及影响摩擦磨损性能的若干因素,并且提出了今后需要重点研究的几个课题。     

水润滑条件下磨粒尺寸对橡胶密封副摩擦学行为的影响

磨粒磨损是各类机械橡塑密封装备的一种典型失效形式.本文中开展了水润滑条件下磨粒尺寸对O型橡胶密封配副摩擦学行为的影响研究,分析了不同颗粒尺寸下的摩擦系数时变特性,探讨了不同运行阶段下的磨损形貌、颗粒运动特性和损伤失效机制.结果表明:颗粒尺寸对橡胶/金属密封副的摩擦学性能有重要影响;研究发现了影响摩擦系数和损伤机制的两个颗粒尺寸临界值;当颗粒尺寸大于临界值约75μm时,颗粒难以穿过密封界面,但少数颗粒能嵌入到摩擦副的接触区两侧,犁削作用下的金属表面产生较深的犁沟;当颗粒尺寸介于两临界值内时,接触副两侧形成"颗粒嵌入带",颗粒以单独或颗粒群形式嵌入到橡胶内,尽管犁削了配副金属但也起到了良好的承载作用,表现出较低的摩擦系数并减缓了橡胶的磨损;当颗粒尺寸约小于另一临界值12.5μm时,颗粒能较自由地通过摩擦界面,对配副金属表面起到了抛光效应,但也加速了橡胶的冲蚀磨损,橡胶磨损表面呈现"突脊-犁沟-突脊"交替特征,因此工程上应尽量避免此类现象的发生.     

大变形软材料接触摩擦的在线测试装备与技术分析

我国高档密封件与液压件产品几乎全部依赖进口,国家重大技术装备及国防装备等配套零部件行业的许多问题与摩擦学有十分重要的关系,基础件摩擦学又是国际上的研究热点与发达国家的竞争高地. 在本文中阐述了国内外关键机械零部件的接触界面原位在线测试的研究进展,及其在大变形软材料密封系统中的应用,综述了摩擦润滑中迁移状态实时在线观测技术、聚合物密封界面在线观测技术和国内在摩擦过程的微区域原位研究等进展,还分析了特殊与极端工况条件下大变形聚合物密封的性能测试、可靠性寿命分析以及多工况联合测试的技术进展,分析和讨论了高性能密封件行业的基础共性难题,最后进行了总结与展望.      

基于端面振动测量的机械密封摩擦学行为试验研究

针对接触式机械密封在运行过程中端面磨损引起性能退化缺乏有效的状态监测方法的问题,提出了用端面振动加速度测量机械密封摩擦学行为的方法.搭建了机械密封试验台,开展了机械密封摩擦学行为测试试验,采集了密封端面振动信号,提取了端面振动特征参数,探究了端面振动敏感特征参数随机械密封摩擦学状态的演变规律,基于试验数据构建了机械密封性能退化评价准则.结果表明：利用端面振动的监测方式可以实现机械密封的摩擦学状态监测;端面振动敏感特征参数模糊熵、均值和排列熵对摩擦学状态敏感;在密封介质压力一定的情况下,密封端面振动信号的模糊熵、均值和排列熵幅值随着机械密封转速的升高而升高,随着机械密封端面磨损程度的升高而升高;通过端面振动敏感特征参量可以表征机械密封的摩擦学状态.     

磁性流体密封压差的数值计算

分析并简化了含磁性流体的磁场模型,以密封理论为基础,采用有限元法计算出磁性流体密封的磁场和等压线分布,进而计算出密封压差,分析了密封压差与磁性流体量的关系,给出了多级密封压差的计算方法,同时分析了转速对密封能力的影响。结果发现,数值计算结果与实验结果相一致。     

涉海装备用机械密封技术研究现状及发展趋势研究

随着海洋资源的不断开发和探索,机械密封技术已成为保证涉海装备正常运行和海洋开发可靠进行的必备关键要素之一. 本文作者从摩擦学和动力学等角度综述了涉海装备用机械密封技术的研究现状,重点从密封界面效应、多场耦合、动力学特性和密封面表面织构等几方面展开具体分析与讨论,对机械密封相关技术进一步的研究方向和发展趋势进行了总结和探索,指出了涉海装备用机械密封技术的发展方向及趋势,为今后涉海装备用机械密封的设计开发及应用提供了基础,对提高涉海装备用机械密封性能及装置运行安全性、稳定性和可靠性具有重要意义.      

空间摩擦学的机遇和挑战

分析了我国空间计划对润滑材料与技术的需求,回顾了我国在空间摩擦学方面的研究进展;指出考察空间环境与条件下运动部件的摩擦学行为以及系统开展空间摩擦学研究,将为研制和发展空间润滑材料与润滑技术提供理论基础和技术保障;并针对我国航天发展规划,提出了空间摩擦学相关领域的研究和发展方向.     

摩擦学研究的发展概况与趋势

本文简要地综述了近年来摩擦学研究(包括摩擦与磨损的机理、润滑力学、材料与润滑剂、表面技术与工程和摩擦学设计等方面)取得的进展,并就摩擦学研究各领域的发展趋势作了预测。作者特别强调在今后的摩擦学研究中应当注意下述几个方向:摩擦学研究已从传统的力学向材料科学与技术转移;适合于高温应用的或具有低摩擦长寿命的摩擦学材料和润滑剂;磁记录和微型机械的微观摩擦学及纳米级材料摩擦学;摩擦学设计和摩擦学知识的转移。     

绿色摩擦学的科学与技术内涵及展望

在简述绿色摩擦学产生背景的基础上,系统地论述了绿色摩擦学的科学与技术内涵.着重阐明了绿色摩擦学的定义、目标和主要任务以及狭义和广义的绿色摩擦学所包含的领域;结合绿色摩擦学的最新进展,全面地介绍了绿色摩擦学的技术内涵（研究范围或领域）.最后,指出了绿色摩擦学今后的主要发展方向.     

关于国家自然科学基金资助摩擦学基础研究的分析与讨论

本文首先对国家自然科学基金在１９８６－１９９１年间资助摩擦学基础研究的情况进行了简洁的分析，接着就其资助办法作了介绍，最后着重对如何利用科学基金促进摩擦学的发展问题作了讨论，指出应当把坚持应用摩擦学学科发展战略的研究成果、鼓励和支持创新性研究、积极支持交叉学科研究和注意扶植新的学科生长点、加强摩擦学研究与实际应用相结合和促进优秀青年摩擦学研究人才的迅速成长等作为国家自然科学基金资助摩擦学基础研究的     

摩擦学的进展与展望

对摩擦学近１０多年来在润滑与润滑剂和摩擦与磨损两个方面的进展作了综合介绍与评述，指出最引人注目的是采用扫描隧道显微镜、原子力显微镜和超薄膜干涉仪等先进仪器设备对边界润滑和边界膜进行原位研究，以及纳米摩擦学、陶瓷摩擦学、空间摩擦学、核反应系统摩擦学、微观摩擦学和表面工程等的发展与各种新型摩擦学材料的开发。同时，还对本世纪末和下世纪初摩擦学的发展前景作了展望，认为在摩擦学设计、新的摩擦学系统、特殊的摩     

摩擦学系统的系统理论研究和建模

摩擦学的系统思想是在摩擦学诞生初期就已经被提出来.由于摩擦学的理论体系研究一直进展缓慢,摩擦学系统的系统理论和建模研究也一直进展缓慢.本文在摩擦学3个公理基础上,从一般系统理论与工程系统分析方法相结合出发,研究了摩擦学系统的功能和构成,论述了摩擦学系统在运动系统中承担的运动保证功能,即保证运动系统各部分之间有确定的相对运动.运动保证功能由全体摩擦副共同实现,并有若干辅助子系统支持摩擦副的可靠工作,它们一起构成了摩擦学系统.摩擦学系统是为研究摩擦学行为而从运动系统中抽象出来的运动系统的子系统.从系统功能出发,摩擦学系统的状态参数集里必然含有与构件运动有关的参数,这些参数对于摩擦学研究非常重要.摩擦学系统结构既与历史关联又跟随状态变化,因此是非定常非线性系统.这2种变化对于摩擦学系统具有不同的时间尺度,也就是说具有非常长的周期和相对非常短的周期,这就为能够以不同时间尺度的分段定常和分段线性化求解计算提供了理论根据,从而在模型中考虑了此前为不能积分而对结构引入的大量简化,这些过去被忽略的因素对摩擦学系统其实是很重要的.同时,也使得能够在建模中将不同学科行为通过与历史关联和跟随状态变化的系统结构进行耦合和共同作用于系统.文章给出了1个缸套-活塞裙部,连杆大小头和曲轴轴承摩擦学系统的算例.