基于热力耦合的摩擦系数计算模型与仿真研究

基于界面摩擦过程中摩擦功耗散为界面原子热振动的原理,通过对界面原子在界面势能场激励作用下热振动分析,建立了基于摩擦界面热力耦合过程的滑动摩擦系数计算模型。仿真分析表明：滑动摩擦系数随摩擦速度增加而增高;当摩擦界面实际接触面积与载荷成线性关系时,摩擦系数与接触面积无关,当实际接触面积接近名义接触面积时,摩擦系数随载荷的增加而降低;此外,滑动摩擦系数随晶格常数增大而降低,随原子质量减小而升高。     

一种有机硅烷/稀土复合薄膜制备及纳米摩擦学性能

采用分子自组装技术在单晶硅基底上制备了有机硅烷/稀土（APTES/RE）复合薄膜.利用椭圆偏振仪、接触角测量仪及X射线光电子能谱(XPS)仪分析表征了薄膜的结构,并采用原子力显微镜（AFM）研究了硅基片和复合薄膜的纳米摩擦学性能.结果表明：随着探针的滑动速度和载荷的增加,针尖与样品间摩擦力增加;硅基片和复合薄膜表面的黏附力和摩擦力随着相对湿度的升高而增大;APTES/RE复合薄膜具有较低的摩擦系数及黏附力和显著的抗黏着及减摩效果,显示出其在微机构表面润滑中良好的应用前景.     

双粗糙表面接触模型中微观摩擦系数的确定

通过考察双粗糙表面接触模型中微观摩擦系数的取值对接触表面的法向变形与法向载荷关系的影响,研究了磨削表面接触模型中微观摩擦系数的取值问题。采用表面轮廓仪测量磨削表面的轮廓数据,然后建立二维弹塑性有限元模型,计算不同微观摩擦系数时试样的法向变形与法向载荷关系。计算结果表明,接触表面间的微观摩擦系数对低面压下的接触变形影响比较大,载荷比较高的时候,摩擦系数的取值并不显著影响接触变形。在微观摩擦系数不为零时,法向变形与法向载荷关系曲线存在一个下陷区,摩擦系数越小,下陷区越小。与实验结果对比,发现忽略摩擦系数的计算结果与通过实验获得的法向变形与法向载荷关系最为接近,双粗糙表面接触模型中忽略微观摩擦系数比较合适。此外还根据计算结果研究了微观摩擦系数的取值对最高接触应力和真实接触面积的影响,发现忽略微观摩擦时,接触应力水平降低,真实接触面积有减小的趋势。     

Molecular dynamics simulation of nanoscale contact and sliding processes for probes with different tip radius of curvature

Three-dimensional simulations were carried out molecular dynamics （MD） to study the contact and sliding processes between diamond points with different tip radius of curvature and surfaces of single crystal copper. The material deformation, abrasion mechanism, lattice defects, the force of contact process, and the sliding friction process were investigated. The simulation results show that the contact force, dislocations, and stacking fault defects, increase during the contact process with increasing contact depth or tip radius of curvature. The dislocations emit along the [10i-] and [i-01] direction and then a glide band is formed. It was also found that a greater tip radius of cur- vature results in a larger groove and more material defor- mation. The normal force and friction increase with increasing tip radius of curvature, but the coefficient of friction decreases. The stacking faults spread along the sliding direction and increase with increasing tip radius of curvature. In addition, the number of upheaval atoms increases as the radius of tip curvature or sliding distance increases.     

带磨擦的Signorini边值问题及其变分不等式等价性的初等证法

接触问题是固体力学领域的一个重要问题,也是工程实际中经常遇到的问题之一,而解决接触问题有多种方法。本文给出一个带摩擦的Signorini边值问题及其等价的变分不等式,并采用初等证法证明它们的等价性,从而可以把带摩擦的接触问题的偏微分方程通过相应变分不等式加以解决,使得解决问题的方法更加简单。     

湿式离合器热负荷仿真研究

以综合传动装置中的湿式换挡离合器为研究对象,开展对偶钢片和摩擦片的热负荷仿真研究. 考虑了摩擦接触、热弹变形等边界条件,基于ABAQUS6.7建立了湿式换挡离合器总成的三维有限元模型. 揭示了摩擦片和对偶钢片在滑摩过程中温度场及应力场分布规律:其中盘面中部温升不明显,盘面两侧边缘温升明显,对偶钢片上的应力值随半径的增加而增大. 接触面不同区域的应力值随时间变化的规律不同,内环节点的应力值先增大后下降,外环节点的应力基本上一直增大.      

固体润滑剂对半金属摩擦材料性能的影响

半金属磨擦材料与金属对偶的磨擦起源于接触区附近的表面形变和粘着。各种固体润滑剂材料可在磨擦表面上生成牢固的、分子定向的转移膜，使磨擦表面的磨擦变为固体润滑剂之间的磨擦，从而降低其磨擦与磨损。研究表明，不同的固体润滑剂润滑效率不同，改性效果对温度的依赖主要与固体润滑剂本身的温度特性有关；当少量填充固体润滑剂时，对磨耗即有明显改善，而磨擦系数下降不大，但用量过多会使磨擦材料的磨擦系数下降过低，同时磨耗性能的改善也会下降；几种固体润滑剂复合使用会提高固体润滑剂改性效率。     

软磁盘、硬盘的表面形貌和微摩擦特性

利用原子力／摩擦力显微镜,对市售的５种软磁盘及一种硬盘的表面形貌、１～１００ｎＮ载荷下的微摩擦性能及表面粘着性能进行了研究。结果表明：软磁盘主要由块状的磁粉颗粒组成;硬磁盘由环状磁道组成。硬盘的微摩擦力、表面粘着力、摩擦因子大于同样条件下的软磁盘,１２９ｍｍ（５．２５英）软磁盘的微摩擦力、表面粘着力、摩擦因子大于同一品牌的８６ｍｍ（３．５英）的软磁盘;探针与磁记录介质在大于２０ｎＮ载荷下的接触为塑性接触。     

轮胎与沥青路面微观摩擦接触特性的分子动力学模拟

为了精确表征轮胎与路面微观摩擦接触特性及分子作用力效应,利用分子动力学模拟分析方法建立轮胎(聚异戊二烯)和集料(二氧化硅)三维单体模型和界面接触模型,在纳米尺度上研究轮胎和集料的微观构造和接触特性.模拟结果表明：链状聚异戊二烯分子链为螺旋状结构,分子间隙较大,易产生较大变形,而二氧化硅则为典型脆性材料,表面较为平整;界面接触模型以二氧化硅为固定基底,聚异戊二烯单链在其上匀速滑动,二者间距离为0.5 nm.接触界面摩擦特性模拟结果表明摩擦系数随着速度增加而变小,其变化趋势与实验结果相同,证明模拟结果有效.     

水电站垫层蜗壳配筋计算

为研究“Г”形框架简化、平面简化和接触摩擦对垫层蜗壳配筋计算的影响,分别采用结构力学法和有限元法对某垫层蜗壳进行计算结构力学法对蜗壳进口断面进行等截面简化,将其作为深受弯构件进行配筋计算;有限元计算采用ABAQUS软件,建立完整标;住机组段蜗壳结构模型及蜗壳进口断面平面轴对称模型,在铜蜗壳和混凝土及垫层之间创建接触对,模拟接触摩擦关系,将计算得到的弹性应力图形作为配筋依据计算结果表明,采用平面“Г”形框架法可能造成计算配筋面积偏小;在考虑接触摩擦的前提下,将蜗壳结构简化为轴对称结构进行初步配筋计算是可行的;对垫层蜗壳结构进行有限元分析时有必要考虑接触摩擦,摩擦系数f应慎重取值.     

Frictional ageing from interfacial bonding and the origins of rate and state friction

Earthquakes have long been recognized as being the result of stick-slip frictional instabilities. Over the past few decades, laboratory studies of rock friction have elucidated many aspects of tectonic fault zone processes and earthquake phenomena. Typically, the static friction of rocks grows logarithmically with time when they are held in stationary contact, but the mechanism responsible for this strengthening is not understood. This time-dependent increase of frictional strength, or frictional ageing, is one manifestation of the 'evolution effect' in rate and state friction theory. A prevailing view is that the time dependence of rock friction results from increases in contact area caused by creep of contacting asperities. Here we present the results of atomic force microscopy experiments that instead show that frictional ageing arises from the formation of interfacial chemical bonds, and the large magnitude of ageing at the nanometre scale is quantitatively consistent with what is required to explain observations in macroscopic rock friction experiments. The relative magnitude of the evolution effect compared with that of the 'direct effect'--the dependence of friction on instantaneous changes in slip velocity--determine whether unstable slip, leading to earthquakes, is possible. Understanding the mechanism underlying the evolution effect would enable us to formulate physically based frictional constitutive laws, rather than the current empirically based 'laws', allowing more confident extrapolation to natural faults.     

动物吸附机制的理论研究及应用现状

综述了能在光滑表面上行走的微小动物的基本爬行现象,对吸附机制进行分类,分析了目前研究的主要方向.用微小力测试实验台对蚂蚁吸附力大小进行测量,并用接触力学理论解释了动物足垫接触面的超微结构的作用.介绍了基于动物吸附机制的仿生机械的应用,提出动物吸附机制目前需要解决的问题.     

赫兹接触129年

Hertz理论局限于无摩擦表面及理想弹性固体,在接触力学方面的进展主要与消除这些限制有关.适当处理接触物体交界面处的摩擦,将Hertz弹性理论以更符合实际的方式推广到受法向、切向和扭转力偶接触时的一般情况.纠正名著文献[4]积分表第367页第76个公式.推导的一些理论公式可供实际工程直接使用.     

纹理表面滑动接触多尺度分析

采用分子动力学与有限元耦合的多尺度方法,求解二维刚性圆柱表面压头与弹性纹理表面的纳观黏着滑动接触问题。对表面纹理凸峰高度、凸峰间距、凸峰形状、压头下压深度以及压头半径等对滑动接触性能的影响进行了全面研究。通过不同条件下滑动摩擦力的比较,揭示了上述各参数对黏着滑动接触的影响规律。凸峰高度越高,滑动摩擦力越小且越稳定;凸峰间距越大,滑动摩擦力越小;表面纹理在不发生破坏的前提下可以有效降低摩擦力;压头下压深度越小,滑动摩擦力越小;相同作用条件下,滑动摩擦力随压头半径的增大而增大。     

Hydrophobic mechanism and criterion of lotus-leaf-like micro-convex-concave surface

According to the principle that the contact angle of liquid droplet always increases on a limited liquid-solid interface,it is suggested that the integration of many small-size limited liquid-solid interfaces results in the increase of the hydrophobicity of lotus-leaf-like micro-convex-concave surfaces.Mathematical equations of the stability of liquid-droplets on the surface of lotus-leaf-like structure were established.The relationship between the theoretical critical-radius of the void of micro-convex-concave surface and the nature of the solid and the liquid was drawn.The three conditions of realizing hydrophobicity were described.The result of computation has shown that when the radius of the void of micro-concave-convex surface is less than the theoretical critical-radius r c,the droplets may always be in a stable state on the solid surface with the contact angle greater than 90°.Theminimum area of the liquid-solid interface and low surface energy of solids are important factors in realizing hydrophobicity.The effective work of adhesion W a ’ was proposed as a criterion for measuring the hydrophobic ability of the solid surface.     

用于静摩擦力计算的接触界面势能模型

为从理论上直接计算光滑接触平面的静摩擦力和静摩擦系数，从微观上探讨了同种金属材料摩擦副静摩擦力产生的机制，利用金属晶体的强体积效应特征构造出简化计算静摩擦力的接触界面势能模型，根据通用粘附能量函数计算接触界面势能的变化，利用能量原理计算出静摩擦力和静摩擦系数，并建立静摩擦力与固体表面能、材料微观结构参数等的关系．利用已有的试验数据进行计算，其结果具有明显的规律性，并且与超高真空原子力显微镜观察到的铜试样的试验结果吻合较好，表明所提出的方法可行．由于表面能可以灵敏地反映摩擦接触界面的状况，采用所提出的方法有望提高计算精度．     

碳纳米管的振动研究进展

综述了近年来碳纳米管的振动特性的理论数值方法研究进展,着重介绍了基于经典连续体理论、分子结构力学/原子有限元以及基于原子研究的分子动力学等方法研究单、多壁碳纳米管振动特性的现状。     

结合面静摩擦因数三维分形模型

摩擦磨损导致部分能源的消耗,且主要发生在接触区域,其接触特性依赖于接触表面之间的微观弹塑性变形.本文在三维接触分形理论的基础上,考虑微凸体的完全弹性和完全塑性阶段的变形机制,建立了结合面静摩擦因数的三维分形模型,推导了静摩擦因数f的解析解.通过仿真研究了分形维数D、无量纲分形特征尺度参数G＊以及无量纲法向总载荷P＊等因素对静摩擦因数的影响规律.结果显示,结合面静摩擦因数f先随着分形维数D的增大而增大,然后随着分形维数D的增大而减小;随着无量纲法向总载荷P＊的增大而增大;随着G＊的增加而减小.     

法兰与金属垫片密封表面接触分形模型

考虑法兰与金属垫片接触属于静接触，接触界面摩擦作用对其不产生影响，在修正的M-B接触模型基础上，建立法兰与金属垫片密封表面接触模型，得到了无量纲真实接触面积与压紧应力的关系．研究表明，真实接触面积随着垫片上压紧应力的增加而呈线性增加；在相同接触应力下，真实接触面积随分形维数D的增大而增大，随尺度系数C的增大而减小，即表面越光滑真实接触面积越大．这为金属垫片密封性能的研究提供了依据．