碳纳米管与石墨基底间摩擦耗散的分子动力学模拟研究

采用分子动力学模拟方法研究了公度、不公度2种情况下碳纳米管在石墨基底上运动的摩擦机制与能量耗散,计算中先使碳纳米管在石墨基底上弛豫平衡,而后施加持续500 fs的固定外力,撤去外力后碳纳米管在基底上减速至相对基底静止.结果表明:在公度条件下,碳纳米管先在石墨基底上滑动,动能降低到一定值后出现翻转、滚动、滑动交替进行的现象.所受侧向力(即摩擦力)在滑动阶段呈现周期性变化,在开始滚动时摩擦力达到负向最大;在不公度条件下,碳纳米管在石墨基底上一直处于滑动状态,侧向力始终为负值;在公度情况下,侧向力对称性的破缺由碳纳米管底部原子与石墨基底原子间的法向趋近与分离引起,并由此而产生摩擦;碳纳米管与石墨基底原子间的相互作用为斥力-碰撞型,黏性摩擦造成了能量耗散.     

虎克定律的一般形式 类电杨氏模量和类磁杨氏模量

原来形式的虎克定律 F=(Δl/l)AE 不满足于洛仑兹变换和力变换方程,这意味着虎克定律必须作修改,才能使它在洛仑兹变换下为不变.本文将弹性力与电磁力类比,提出了“类似洛仑兹力公式”形式的方程是改造虎克定律的可能途径.并通过力变换方程找到了虎克定律的一般形式,同时得到两个新的矢量“类电杨氏模量”和“类磁杨氏模量”.虎克定律的一般形式在低速(v<相似文献   

近场动力学框架下钢轨疲劳裂纹萌生预测的数值方法研究

经典连续介质力学在求解由裂纹引起的不连续问题时,会出现数学构架失效的情况. 为克服这一难题,基于近场动力学理论,构建铁路钢轨疲劳裂纹萌生的数值预测方法,可实现钢轨疲劳裂纹萌生寿命与位置的预测. 当未出现疲劳裂纹时,通过与经典连续介质力学模型的结果对比,验证近场动力学模型的正确性和适用性. 分析了车轮全滑动、黏着-滑动和无摩擦三种状态对钢轨疲劳裂纹萌生的影响规律,结果表明:车轮由全滑动向无摩擦转变的过程中,裂纹萌生位置由钢轨表层转移到内部,裂纹萌生所需的荷载循环次数由0.45×107次增至2.05×107次,可见车轮滚滑状态会影响裂纹的萌生位置,并且较大的切向接触应力会显著降低钢轨的疲劳裂纹萌生寿命.      

虎克定律的一般形式 类电杨氏模量和类磁杨氏模量

原来形式的虎克定律 F=(Δl/l)AE 不满足于洛仑兹变换和力变换方程,这意味着虎克定律必须作修改,才能使它在洛仑兹变换下为不变.本文将弹性力与电磁力类比,提出了“类似洛仑兹力公式”形式的方程是改造虎克定律的可能途径.并通过力变换方程找到了虎克定律的一般形式,同时得到两个新的矢量“类电杨氏模量”和“类磁杨氏模量”.虎克定律的一般形式在低速(v<     

真空中GCr15钢球／CVD Cr7C3镀层钢盘摩擦副摩擦振动的研究

作者在对GCr15钢球/CVDCr_7C_3镀层钢盘摩擦副于大气中滑动干摩擦引起的摩擦振动进行考察分析的基础上,本文又对这种摩擦副在真空(6.67×10~(-3)Pa)中的摩擦振动特性进行了试验研究。试件系统为低刚度和小阻尼的弹性系统。试验信号由微机采集、处理并进行频谱分析。结果表明,真空中摩擦力振动的类型呈准谐波周期性自持振动,其与正压力及拖动速度无关,振动频率接近于系统在水平方向上的固有频率;摩擦副运动的平稳性与平均滑动摩擦系数接近反比例关系;真空中摩擦力的粘着分量是使摩擦振动加剧的主要原因;钢球的磨损体积与摩擦振动特性无关。     

GCr15钢-CVDCr_7C_3镀层摩擦副摩擦振动的研究

本文系统地研究了GCr15钢球-CVDCr_7C_3镀层钢盘摩擦副滑动干摩擦引起的摩擦力(切向力)振动特性及其对材料摩擦磨损性能的影响。试件系统在垂直和水平方向上均处于低刚度、小阻尼状态。试验信号由微机采集、处理并进行频谱分析。结果表明,摩擦力振动的类型与正压力有关,而与拖动速度无关;摩擦力呈周期性自持振动时具有与相对滑动速度典型的非线性关系,振动频率接近(略低)于系统在切向的固有频率,而与拖动速度无关;摩擦力呈非平稳随机振动时,振动频率与系统在法向的振动频率有关,而与系统在切向的固有频率及拖动速度都无关;摩擦偶件运动的平稳性与摩擦力振动的类型有关,而与平均摩擦系数无关;摩擦力所耗费的能量与正压力呈比例关系。     

具有摩擦的刚体碰撞

刚体碰撞是力学上的一个经典问题，但目前大都采用给定恢复系数进行分析的方法，本文则直接从两刚体碰撞时Newton第二定律出发，建立了计及摩擦的两刚体碰撞基本理论，并指出了以往研究通过给定恢复系数方法的错误之处。文中通过利用两刚体接触相对变位加速度与碰撞力的关系，定义了法向等效质量，对二维平面碰撞，通过一些简单的比较和定义给出了各种碰撞状态的分类判别法，并给出了碰撞力和冲量的解析式。指出法向等效质量依赖于碰撞状态，在反向滑动和停止滑动这两状态下的法向等效质量是变化的，因此导致其恢复系数是变化的，这样，恢复系数不仅与接触力(接触点情况)有关，而且还与两刚体的运动和动力参数有关，同时给出各种碰撞状态下的恢复系数计算式。     

滑动接触中摩擦温度的测定及其影响

作者从摩擦温度的观点考察了钢在滑动接触中擦伤的温度效应。擦伤试验是在环-块试验机上进行的。采用埋在固定的块试样表面下0.15～0.25mm深度处的NiCr-NiAI热电偶测量摩擦温度。热电势由采样间隔为5ms的数字电压表测得。 研究结果表明,金属发生擦伤时的表面摩擦温度T_(oa)与载荷及滑动速度有关:载荷越高,T_(oa)也越高;而滑动速度越高,则T_(oa)越低。金属擦伤时,表面形成“白层”组织,认为这是由于瞬时经历很高的摩擦温度及随后的快速冷却所致。     

金属往复滑动摩擦噪声源的识别

对金属往复滑动摩擦噪声进行了声学和动力学测量 ,通过对声压级和加速度进行时间历程波形分析、功率谱分析 ,确认摩擦噪声是由参加相对滑动的摩擦副的 1个或 2个部件的振动辐射所产生 ,摩擦噪声的声源体为参加摩擦运动的振动部件     

GCr15钢球／Cr7C3涂层盘摩擦副在大气与真空中摩擦学性能的比较

本文比较了Cr_7C_3硬质涂层盘与钢球组成的滑动摩擦副在真空和大气中的干摩擦磨损特性,发现在真空中的平均滑动摩擦系数μ和钢球体积磨损率△W都比在大气中的低;对于动态滑动摩擦系数μ,存在一个临界滑动距离Sc,当滑动距离S小于这一距离时,μ_(真空)>μ_(大气),而当S超过这一距离时,则μ_(真空)<μ_(大气)。通过磨痕形貌扫描电子显微镜观测和微区X-射线能谱成分分析,发现由于真空中的粘着作用和摩擦热效应都明显增强,涂层中的Cr原子更容易向钢磨损表面转移并形成(Fe,Cr)碳化物膜,因而使μ和△W均下降。文章还讨论了转移膜的形成速率与载荷及滑动速度的关系,以及转移膜与摩擦振动的关系等。     

铝基石墨复合材料的摩擦特性与机理分析

研究了低速、低载荷滑动摩擦条件下铝基石墨复合材料的摩擦学特性．结果表明：在相对滑动初期,复合材料的摩擦系数与基体合金相近;随着摩擦过程的进行,复合材料的摩擦系数逐渐下降并最终趋于稳定;石墨含量越高,达到稳定摩擦系数所需的时间越短;摩擦系数的变化与摩擦表面石墨成膜过程相对应;摩擦系数达到稳定状态时自润滑膜覆盖面积大约为摩擦表面的８５％ ,这时自润滑膜在摩擦表面上生成和剥落过程达到动态平衡．     

基于第一性原理的固体界面摩擦学性能高通量计算研究

基于第一性原理提出了自动构建计算构型-自动提交计算任务-智能分析计算数据的固体界面摩擦性能自动化计算方法,并通过并发-并行同时计算约1 000个计算任务,实现了固体界面摩擦性能的高通量计算. 以石墨烯/石墨烯滑动体系为例,测试了高通量计算方法的可靠性. 结果表明:通过该方法计算的势能面与文献中使用传统方法计算的势能面一致,摩擦系数也与试验结果相符合,从而验证了该方法的可靠性. 该方法能够极大地节约科研人员使用第一性原理研究固体界面摩擦性能所需的时间.      

往复滑动摩擦副的消振减磨研究及其机理分析

应用惠更斯原理设计了球-块主动消振式往复滑动摩擦磨损试验机,摩擦副运行过程无系统冲击,通过对比试验得出消振装置能有效消除往复滑动过程中两表面微凸体冲击所形成的摩擦振动,从而使得往复滑动过程中的磨损量和切削磨粒得以减少.从摩擦热力学的角度认为摩擦功可通过外界施加信号主动转换为热能,并分析了摩擦振动与其他磨损影响因素的相关性.     

正交各向异性弹塑性摩擦接触问题的数值求解

采用正交各向异性摩擦定律对三维弹塑性摩擦接触问题进行分析,基于参变量变分原理,经过有限元离散,将问题化为线性互补问题模型,之后给出一个求解互补问题的非内点光滑化算法．对三维接触问题,滑动方向的确定一直是个难点,为此,该文采用作者提出的组合规划法和迭代法对各向异性摩擦本构模型进行分析,数值结果说明了模型与算法的正确性。     

界面调控对类金刚石碳基薄膜在甲烷气氛下摩擦学性能的影响

在甲烷气氛下,利用不同材质摩擦副与非晶碳(a-C)基薄膜构成不同的自配副与非自配副摩擦体系,构建出不同的滑动界面,通过研究非晶碳(a-C)基薄膜与不同摩擦副对摩时的摩擦学行为,分析探索滑动界面对体系摩擦学行为的作用机理. 结果表明:摩擦副对a-C薄膜的摩擦学行为影响较为明显,主要通过影响滑动界面碳悬键的再杂化形式来引起体系摩擦学行为差异;甲烷解离基团对碳悬键的钝化能够有效降低体系摩擦系数,但过多的钝化形成多聚a-C:H,对体系造成不利影响. 研究结果为烃类下提高DLC薄膜的减磨作用提供参考.      

PDMS材料特性和滑动速度对黏着态下摩擦峰的影响

黏弹性体接触界面由湿变干过程中,出现的摩擦系数高于干摩擦系数的状态,称为黏着态.最大摩擦系数为摩擦峰,摩擦峰相对于干摩擦系数的增长称为摩擦峰相对增长百分比(μ%).本文中利用原位观测摩擦试验台研究了氮化硅小球与PDMS (Polydimethylsiloxane)接触界面在润湿转变过程中摩擦学行为,并分析了弹性模量及滑动速度对μ%的影响.结果表明：对于较软的PDMS,摩擦峰的削减甚至消失伴随有接触界面分离波的出现,黏弹性体的材料特性将影响甚至决定摩擦峰的出现;当PDMS较硬时,接触界面间残余水膜对黏着态摩擦峰的影响起主导作用.μ%与弹性模量的1.45次方成正比.随着滑动速度的增加,μ%逐渐降低.研究结果对于利用弹性模量以及滑动速度实现对黏弹性体摩擦峰的调控提供了理论指导.     

预应力钢桁架结构分析中的摩擦滑移索单元

为精确模拟预应力钢桁架中连续长索在支撑点的滑动,本文创建了一种考虑摩擦力影响的新单元。被称为摩擦滑移索单元的新单元有三个节点,中间节点为支撑点。本文首先利用弹性悬链线的解析解,建立了弹性悬链线单元,并推导了单元两端点的张拉刚度。摩擦滑移索单元由两个弹性悬链线单元组合而成,根据支撑点处索的滑动方向、索力差、滑动摩擦力和滑移刚度调整两索段的原长,使支撑点两侧的索力满足给定的摩擦关系。算例验证了新单元算法的正确性和高效性,对设计的预应力钢桁架的分析,显示了张拉过程中及使用荷载作用下新单元在结构分析中的应用。新单元可直接用于常规的有限元分析,研究在工作状态或施工中存在连续长索滑移的索结构。     

第二届全国青年力学竞赛试题及答案(1992年)

理论力学试题~、坟空题 下面(l)至(,)题为填空题.将答案填在答案纸上相应题号的答案拦内。每栏填对得3分,填错或不坡不得分。 (l)对牛顿万有引力定律和开普勒行星运动定津有两种说法。第一种说法是:牛顿从开普勒行星运动定律导出万有引力定律;第二种说法是:开普勒从牛顿的万有引力定律和运动定律导出行星运动定律.根据历史事实,第()种说法是正确的. (z)中国科学院力学研究所是我国规模最大的综合性力学研究单位.它是于1,,6年由著名科学家()创建的,他于1,,i年10月被授予“国家杰出贡献科学家”荣誉称号. (s)图1所示曲线为一旋轮线,其参数R为…     

Schiff碱铜(Ⅱ)配合物改性超高分子量聚乙烯的低速滑动摩擦研究

采用微摩擦试验机,在干摩擦和植物油润滑条件下分别考察了法向载荷、滑动速度和试验持续时间对含质量分数5%、10%及15%乙二胺缩水杨醛西佛碱(Schiff碱)铜(Ⅱ)配合物的改性超高分子量聚乙烯(UHMWPE)与铬钢(100Cr6)配副在50~1 600μm/s滑动速度范围的摩擦系数的影响,并与纯UHMWPE进行了对比.结果表明:在低速滑动条件下,含质量分数5%~15%乙二胺缩水杨醛Schiff碱铜(Ⅱ)配合物的改性UHMWPE在植物油润滑或干摩擦时的摩擦系数与法向载荷无关,摩擦系数明显小于纯UHMWPE,尤其是在干摩擦时的摩擦系数均较纯UHMWPE降低29%;当改性UHMWPE中乙二胺缩水杨醛Schiff碱铜(Ⅱ)配合物含量足够大(如15%)时,可减小植物油润滑时的滑动速度对摩擦系数的影响;而含5%~15%乙二胺缩水杨醛Schiff碱铜(Ⅱ)配合物的改性UHMWPE在干摩擦时的摩擦系数基本与滑动速度、试验持续时间无关.乙二胺缩水杨醛Schiff碱铜(Ⅱ)配合物改性的UHMWPE在干摩擦条件下稳定的低速滑动摩擦特性,符合纳米定位对摩擦副材料所期望的性能.     

锐缘硬质轮在金属表面的滚动与滑动

在工程应用的很多摩擦对偶中，往往有一方是锐形的，因此，研究锐形滑块的滚动与滑动具有重要的实用意义。以锐缘硬质轮在挤压铝和软钢两种平面试样表面的滚动和滑动为研究对象，考察了两种摩擦过程中材料的受力状况和变形状况，结果表明，要在同种金属试样表面造成相同宽度的槽痕，滚动法所需要的垂直负荷比滑动法所需要的大，然而滚动法所需要的切向牵引力却比滑动法所需要的小．对两种摩擦过程中界面上的应力与材料的强度性能之关系的分析讨论指出，滚动试验中接触界面上的正应力相应于变形材料的屈服应力，因而滚动试验可以作为材料硬度的一种测量方法；滑动试验中接触界面上的剪应力相应于变形材料的流动剪应力；但滚动试验中界面剪应力与材料的流动剪应力之间，以及滑动试验中界面正应力与材料的屈服应力之间却都没有直线关系．