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.     

不同滑动干摩擦条件下钢／铁摩擦副的摩擦磨损性能与表面形貌特征研究

考察了不同滑动速度与接触压力条件下蠕墨铸铁的摩擦学性能及其三维表面形貌特征。结果表明：在与40Cr钢配副时,蠕墨铸铁的摩擦磨损性能与滑动速度和接触压力之积（pv值）呈现出良好的相关性;不同摩擦条件下的三维磨损表面形貌具有不同的特点,且主要表面形貌参数与pv值之间呈现出较好的相关性。     

表面织构对重载线接触条件下40Cr钢摩擦性能的影响

利用激光微造型技术在环形试样表面加工出直径在20μm到80μm之间,且具有相同深度和面积占有率的圆凹坑,通过Talysurf CCI Lite非接触式三维光学轮廓仪测量试样表面,并采用ISO 25178参数对各试样表面进行三维表征,最后利用JPM-1双盘磨损试验机,在重载条件下(赫兹接触压力≥1 GPa)研究各组试样在不同工况下的摩擦特性及表面三维形貌参数对摩擦学性能的影响.试验结果说明:直径为80μm和20μm的织构表面润滑效果优于光滑表面.载荷、转速、滑滚比对摩擦系数的影响具有一定的规律性,且不同的工况下呈现的规律有所差别,在高速低载大滑滚比条件下,织构表面对提高摩擦副润滑效果最为显著,还进一步探索了表面三维表征参数Sa、Vv、Spc、Vmp、Vxp与重载条件下40Cr钢摩擦特性的关系.     

蠕墨铸铁干摩擦表面形貌研究

运用三维表面形貌测试技术,分析了蠕墨铸铁的干摩擦表面接触形貌特征,并从传热学的角度分析了摩擦表面形貌特征与其干摩擦学特性的关系,结果表明：蠕墨铸铁干摩擦表面主要有犁沟型、弧岛型和犁沟－弧岛混合型３种特征形貌,犁沟型和弧岛型特征形貌沿垂直于摩擦表面方向不对称分布;而混合型特征形貌沿垂直于摩擦表面方向对称分布;犁沟型表面形貌的最大高度最大,空隙率最高,而弧岛型表面形貌的最大高度最小,空隙率最低;表面形     

表面三维形貌非接触测量的现状

文章首先指出表面形貌对机械、电子和光学系统的使用性能影响很大,尤其在现代产品生产中,精确可靠地测量表面形貌,日益成为控制和改进加工表面质量的必要条件。作者在对表面形貌的接触式测量方法进行了简要的评介之后,着重就非接触式表面形貌测量方法中主要应用的相移干涉显微镜和扫描隧道显微镜的测量原理和仪器结构作了介绍。     

时变接触特性表面对界面摩擦学行为的影响

通过在锻钢基材表面沟槽中分别填充灰铸铁HT300、Mn-Cu合金和Mn-Cu阻尼合金材料获得具有时变接触特性的表面,并对锻钢光滑表面试样和时变接触特性表面进行摩擦学试验,研究不同时变接触特性表面对界面摩擦学行为(摩擦噪声、摩擦振动以及磨损行为)的影响. 结果表明:填充HT300的时变接触特性表面缓解了界面磨损,有效延续摩擦系统的稳定状态,抑制摩擦振动和噪声的产生;相反,填充Mn-Cu合金和填充Mn-Cu阻尼合金的时变接触特性表面加剧了界面磨损,加速了摩擦系统不稳定状态的出现,进而激发出高强度的摩擦振动和噪声. 在本研究中,摩擦系统失稳引起摩擦振动和噪声主要归因于摩擦磨损过程中黏着撕裂和犁削等界面作用,填充材料的阻尼特性未能起到减振降噪的效果.      

横倾状态下地板表面形貌对人体步进摩擦的影响

人体在行走过程中足底与地面之间产生的间歇性摩擦现象称为步进摩擦,地板表面形貌作为步进摩擦的重要影响因素之一而受到广泛关注.现有研究成果多是基于水平路面,对坡度道路,特别是横倾状态下地板表面形貌对人体步进摩擦的影响研究较少.本文作者以普通碳钢作为地板材料,机械加工出不同的表面形貌,利用止滑试验机研究了水平状态下地板表面形貌与其能够提供的最大临界摩擦系数的关系,利用步进摩擦试验平台研究了横倾状态下地板表面形貌对人体步进摩擦的影响.结果表明:水平状态下,随着表面粗糙度的增大和表面纹理间距的减小,临界摩擦系数与人体行走实际所产生的有效摩擦系数均增加,防滑性能提高;横倾状态下,随着路面横倾角度的增大,有效摩擦系数及其侧向分量增大,侧滑风险提高;地板表面纹理排列方向对有效摩擦系数的影响明显,横向分布的防滑性能优于纵向.     

凹坑表面形貌在面接触润滑状态下的减阻研究

设计了一套试验装置,并在面接触润滑状态下,进行凹坑表面形貌的润滑试验.结果表明,在一定的试验条件下,由于摩擦副接触面上凹坑形貌的存在,可观察到有气泡稳定存在于油膜中.气泡的存在取决于凹坑的深度和润滑油量,凹坑深度越深,润滑油量越少,稳定存在的气泡比例越高.分析可知,由于接触面中气油界面的弯月面力作用,气泡被封存于凹坑中,从而能稳定存在,因此,在乏油润滑时,在润滑油和气泡的共同承载作用下,较其他试样,摩擦力明显减小.在面接触润滑时,从乏油润滑到全膜润滑的过程中,存在着一个最优凹坑深度,在此深度时,摩擦阻力最小.通过计算分析可知,凹坑的最优深度和摩擦副间距大小相当,且理论分析结果和试验结果吻合.     

评定磨合表面的最佳形貌参数

磨合是新机器设备投入使用之前的必经过程，而且对摩件的表面形貌都要发生明显的变化，因此，如何评定磨合表面形貌值得深入研究，实际上，磨合是对摩件的表面形貌由初始状态逐渐趋于相互吻合的过程，因而磨合之后配对表面的形貌具有相关性，在此基础上上，研究提出了利用互相关结构函数评定磨合，这种评定方法具有能够同时反映两个表面形貌和对表面形貌变化反映敏感，以及能够将表面轮廓的峰和谷分开考虑等优点，理论分析和应用实例     

水工圆形隧洞围岩衬砌摩擦滑动接触的新解法

在实际工程中,围岩和衬砌接触时,它们之间并非完全光滑,也并非可以承受任意大的摩擦力.如果围岩与衬砌之间的剪应力大于所能承受的最大静摩擦力,接触面间将发生切向滑动,定义接触面上产生最小滑动量的状态为衬砌的真实工作状态,这种接触即为摩擦滑动接触.以库仑摩擦模型模拟围岩和衬砌之间的摩擦滑动接触,在考虑支护滞后效应的前提下,利用平面弹性复变函数方法列出了应力边界条件、应力连续条件以及位移连续条件的方程,再结合最优化理论,建立了具有一般性的摩擦滑动接触解法.在利用混合罚函数法求解最优化问题的过程中,减少了设计变量的个数,极大地简化了优化模型,提升了优化过程的迭代速度以及优化结果的精度.以此为基础,获得了围岩和衬砌相互作用下圆形水工隧洞的应力解析解.该方法可以求解光滑接触和完全接触两种极限情况,具有一般性.同时,利用一种精确的计算方法得到了不同情况下满足完全接触条件摩擦系数的阈值,还分析了衬砌和围岩边界上切向应力的变化规律.     

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.     

粗糙面在梯度表面层上滑动接触的应力分布

对粗糙面在梯度表面层上的滑动过程进行应力分布研究,以模拟实际摩擦过程中,考虑塑性变形情况下,梯度覆层体中的应力分布规律,同时与均质体及单覆层体进行比较研究,分析了在表面载荷相同时滑动接触的应力分布。结果表明覆层体出现塑性变形后,在接触表面上的压力分布与弹性变形时有很大变化,在界面处梯度层的应力分布比单层膜更为理想,其应变梯度也较小;受相同表面载荷作用下产生塑性变形时,梯度层膜在基体产生塑性变形较小     

表面织构对界面接触参数影响的实验研究

机械接触表面的接触刚度和接触阻尼是直接影响界面振动水平的两个重要动力学参数。本文介绍了一种测试机械连接界面接触刚度和接触阻尼的实验装置和方法,并针对用两种不同加工方法(激光加工及线切割)加工出的具有不同尺寸织构的试样与光滑平面相接触的界面进行了测量,初步探索了平面接触刚度和接触阻尼的表面织构效应,并得出结论：织构及润滑对接触刚度会产生一定影响,而实验中均未观察到这两者对接触阻尼有明显影响。     

大气环境下YBa_2Cu_3O_7薄膜的摩擦行为和表面形貌

利用球 -盘摩擦试验装置考察了大气环境下 YBa2 Cu3O7薄膜和多晶硅薄膜同蓝宝石球及钢球对摩时的摩擦行为 ,并用原子力显微镜对其表面形貌进行了分析 .结果表明 :表面相对较粗糙的 YBa2 Cu3O7薄膜与蓝宝石球对摩时的摩擦系数低于多晶硅薄膜 /蓝宝石球的摩擦系数 ;而 2种薄膜与钢球对摩时的摩擦系数相当 ;YBa2 Cu3O7薄膜与蓝宝石球对摩时的启动摩擦非常稳定 ,而多晶硅薄膜的启动摩擦很不稳定 ;与钢球对摩时两者的启动摩擦则都比较稳定 .对 YBa2 Cu3O7薄膜的磨损表面形貌分析研究表明 ,其表面突出物结合疏松 ,容易从基体表面磨损脱落 .     

乏油对纯滑动粗糙表面点接触热弹流润滑的影响

本文求解了纯滑动点接触热弹性流体动力润滑问题.分析中假设运动表面为光滑表面,静止表面在接触中心有1个垂直于卷吸速度方向的横向突起.将计算域划为乏油区、压力区和气穴区3个子区,乏油区和气穴区的压力计算算法一致,但是温度的计算方法不同.研究结果显示:在乏油工况下,油膜中压力和温度均在入口处新月形液面处开始建立,入口区乏油程度的增加会导致油膜中压力分布趋近于干接触状态,油膜中平均温度得以提高,最大压力和温度均出现在赫兹接触圆两侧的宏观马蹄形区域.同全膜润滑相比,油膜厚度被明显降低,并且随着乏油程度的增加,静止表面的突起逐渐被压平.     

基于承载接触特性的直齿面齿轮滑动摩擦啮合效率研究

为了解决直齿面齿轮滑动摩擦啮合效率的问题,基于弹性流体动力润滑理论,提出了一种计算直齿面齿轮啮合效率的方法.首先,运用轮齿接触分析(TCA)和轮齿承载接触分析技术(LTCA)对直齿面齿轮承载啮合过程进行数值仿真;其次,运用非牛顿准稳态热弹流理论建立滑动摩擦系数的计算模型,从而建立直齿面齿轮啮合效率的计算模型,最后分析了输入扭矩、转速等对啮合效率的影响.结果表明:滑动摩擦系数是影响齿轮啮合效率的重要因素;齿面不同位置滑动摩擦系数也不相同;滑动摩擦系数受输入转速、输入扭矩的影响.该方法为直齿面齿轮的进一步优化计算提供一定的理论依据.