振动引起的界面切向相对运动对摩擦的影响

为了研究接触界面振动对摩擦的影响, 自主设计实验装置, 以在振动台上匀速滑动的滑块为对象, 采用理论与实验相结合的方法, 分析法向振动和切向振动引起界面切向运动减摩的机理。实验结果表明, 振动台的法向振动和切向振动经常同时存在。当界面振动, 且滑块与振动台之间的切向相对速度方向不变时, 滑块受到的平均滑动摩擦力与无振动时相同, 没有减摩作用; 当滑块与振动台之间切向相对速度的方向发生周期性变化或存在stick-slip (黏滑)时, 与无振动时相比, 滑块的平均滑动摩擦力有明显的减摩作用。根据Coulomb摩擦定律建立动力学模型进行仿真, 仿真结果与实验结果非常吻合, 说明在界面运动为已知的条件下, Coulomb摩擦模型能够反映界面间的摩擦作用。实验和仿真结果表明, 当法向振动和切向振动同时存在时, 振动引起的界面切向相对运动造成摩擦力方向的周期性变化或stick-slip是减摩的主要原因。     

Atomic stick-slip friction between commensurate self-assembled monolayers

The classical molecular dynamics simulations have been used to examine the compression and friction between commensurate self-assembled monolayers (SAMs) on Au (111). The friction force changes in a period corresponding to the geometric structure of sliding surfaces. The simulations reveal an ordered atomic stick-slip motion and discontinuous movements of diverse monomers, mainly head and tail groups. All of the head groups of the static film have 2～3 metastable positions (MPs). They oscillate around one of the MPs in stick phases and jump simultaneously to a new MP in slip phases. The tail groups of the sliding film are pulled forward together with opposite ones while sticking and jump forward half of the lattice constant relative to opposite ones while slipping. A complete vision of the motion of SAM chains is thereby built up and compared with the molecule behavior predicted by the Tomlinson model.     

纳米尺度下对黏滑现象的分子动力学模拟

采用分子动力学模拟的方法研究了硅针尖在金刚石基底滑动的黏滑现象,讨论了纳米尺度下温度、滑动速度、载荷等因素对黏滑摩擦的影响.模拟结果表明,在纳米尺度下,原子排列规则的两固体间的滑动摩擦力呈现出周期性的锯齿型变化.摩擦力曲线的波动周期取决于滑动过程中基体沿滑动方向的晶格常数,同时受接触面原子排列结构变化的影响.在较低温度范围内,滑动摩擦力随温度的升高近似呈线性减小,对滑动摩擦力的波动周期和振幅影响不大.在一定速度范围内,滑动摩擦力主要受黏着作用的影响,滑动摩擦力的大小随速度的增大近似呈线性增大.在一定载荷范围内,滑动摩擦力随载荷的增大近似呈线性增大,振动周期变大.     

刀-屑局部摩擦因数建模及实验研究

基于黏着摩擦理论建立局部摩擦因数与接触面正应力和相对滑移速率之间的经验模型.采用试验方法来分析直角切削过程刀-屑接触面间的局部摩擦现象.设计的实验能够提供与实际切削相同的相对滑移速率和正应力条件.基于实验数据拟合并建立了基于正压力、相对滑移速率的摩擦因数经验模型.实验表明,在一定范围正应力和滑移速率下,摩擦因数随着接触面间的正应力、相对滑移速率的增加而降低.      

系统参数对自激振动系统动力学稳定性的影响

为了研究机床进给系统的黏滑运动特性,建立了基于Stribeck摩擦模型的具有代表性的质体-弹簧-传送带摩擦自激振动模型.利用李雅普诺夫稳定性判据对自激振动系统的平衡点进行了稳定性分析,获得了系统的临界失稳速度,又经过理论公式推导出了系统的临界黏滑速度.从数值仿真得到的相图和Poincare截面图可以看出,随着系统进给速度、阻尼和传动刚度的增大,动、静摩擦差值的减小,系统的黏滞运动持续时间变短,即系统的稳定性增强;低速状态下的自激振动分为黏滑和纯滑动两个阶段,且均为准周期运动;系统进给速度是影响系统稳定性的主要参数.     

不同纯度Ti3SiC2的摩擦磨损行为

利用盘块式高速摩擦试验机,在滑动速度为20 m/s、法向载荷范围为0.2～0.8 MPa的条件下,试验研究了高纯度钛硅碳Ti3SiC2材料及含碳化钛TiC的Ti3SiC2材料的摩擦与磨损行为.两种材料的摩擦系数随着压力的增大都呈现出先增加后平缓减小的趋势,高纯度Ti3SiC2材料的磨损率随着压力的增加呈减小趋势,而含TiC的Ti3SiC2材料的磨损率随着压力增加呈先减小后增加的趋势.扫描电镜(SEM)和X-射线衍射(XRD)的观察和分析结果表明,在Ti3SiC2的摩擦表面有摩擦生成氧化层的存在.该氧化层具有降低摩擦系数和磨损率的自润滑作用.     

低速精密摩擦副材质与润滑介质匹配的研究

影响临界爬行速度诸多参数中,最大与最有可能影响的参数是静、劝摩擦系数差值△f。为此研制了爬行运劝试验装置,并用不同材质与不同摩擦状态的摩擦(运动)副进行研究。得出铸铁—铸铁运动副,不论润滑良否,对临界爬行速度影响不大,并且数值较小。因而铸铁是制造低速精密运动副的好材料。     

犁式滑雪转弯膝关节软骨有限元分析

随机挑选200名实验对象,记录他们的基本信息、关节角度和滑行速度,对其中181个有效数据进行分析.根据1名志愿者的MR,CT数据建立了膝关节140°软骨与骨的三维模型.根据运动学分析结果和膝关节解剖学结构定义载荷及约束,在Abaqus 6.14中得出转弯膝软骨应力集中出现的位置.研究结果表明:体重过大、速度过快时应适当增大转弯半径以减少向心力对膝关节软骨施加的应力;犁式转弯的过弯速度应控制在3 m/s之内.     

小滑块运动再研究

研究了滑块运动的第一种基本类型，即小滑块从光滑斜面滑向光滑水平面的运动，指出：滑块与光滑水平面发生了完全非弹性斜碰，故机械能不守恒，滑块在光滑水平面上的滑动速度u≠2gH ，而是u=2gH cosθ。     

压力对颗粒增强铝与碳基材料摩擦系数的影响

用自行研制的盘块式高速摩擦试验机,在滑动速度为30 m/s、法向载荷范围为0.1～0.8 MPa的条件下,试验观察了法向载荷对碳化硅颗粒增强6061铝复合材料与碳基材料摩擦系数的影响.结果表明:摩擦系数存在显著的压力依赖行为和摩擦过程初期的时间过渡行为.在相对稳定阶段,摩擦系数的统计平均值随法向载荷增大经历先快速增大后缓慢减小,标准偏差与法向载荷的关系也显示出类似的变化趋势.所有连续摩擦过程的初期,摩擦系数都经历一个从小到大的过渡变化,而过渡期的时间随着法向载荷的增大单调下降.     

Tribological properties of OTS self-assembled monolayers

Octadecyltrichlorosilane (OTS) self-assembled monolayers (SAMs) were prepared on the substrates of silicon and glass. The tribological properties were tested with a self-made point-contact pure sliding micro tribometer. The effect of humidity on the tribological properties of both OTS SAMs and the naked substrates were studied. When the substrate is covered by OTS monolayer, the friction coefficient is reduced from 0.5 to 0.1 and the stick-slip phenomenon is weakened. OTS monolayer can keep its friction coefficient steady in a wide range of humidity, because it is highly hy-drophobic and thus not sensitive to humidity. In addition, the OTS monolayer has a considerable anti-wear ability.     

二维耦合干摩擦振子黏滑运动分析

针对工程中广泛存在的二维干摩擦问题,通过引入斜弹簧建立一种可考虑x,y两个方向耦合的振子模型。定义摩擦力方位角来描述动、静摩擦力矢量分量,并考虑振子振动过程中可能出现黏滞,提出了一种分析二维耦合干摩擦振子黏滑运动的方法,给出了二维耦合干摩擦振子黏滑运动的复杂边界条件。基于指数型动态摩擦模型对二维耦合干摩擦振子的黏滑运动进行了数值仿真,给出了x方向和y方向相同激振频率相同相位角、相同激振频率不同相位角、不同激振频率不同相位角3种工况下的仿真结果及系统解随激振频率和相位角的变化规律。仿真结果表明,二维耦合摩擦振子运动中可能出现黏滑状态转换;当x方向和y方向的激励频率和相位角均不相等时,与前两种工况相比,质量块的运动轨迹、系统相图均为更加复杂的平面曲线,同时一个周期内系统可出现多次黏滑转换;两个方向激振频率相同时,改变激振频率和激励相位角,系统的解均没有出现次谐波,振子为周期运动。所提出的方法可为进一步研究二维耦合干摩擦振子的动力学特性及运动稳定性提供参考。     

不同温度场下断层黏滑失稳过程模拟

随着国家对深部工程开发的需求增大，深部高岩温条件下断层黏滑失稳过程的演化规律和形成机制亟待研究.为此，本文借助离散元数值模拟手段，构建热力耦合数值模型，对6种不同温度场条件下的断层黏滑力学行为进行了详细研究，探究了不同温度场对断层黏滑失稳过程的影响机制.结果表明:随着温度场的不断上升，断层黏滑的破坏形态以及破坏模式均发生改变；断层黏滑次数、启滑应力以及启滑应力降整体上随温度上升，呈现不断下降的变化趋势；断层黏滑能量耗散以摩擦滑动为主；断层启滑时，总应变能与温度呈正相关，耗散能与温度呈负相关.     

热压碳化硼表面自润滑膜的生成

研究了热压碳化硼表面自润滑膜的生成.在实验条件下,未经热处理的碳化硼摩擦副的摩擦因数由起始阶段的0.35～0.40,随滑行距离的增加而减小至0.25左右.对摩擦前后接触面进行X射线衍射分析,结果表明接触界面发生了摩擦化学反应,生成了B     

有限土体主动土压力计算方法探讨

基于库伦理论的平面滑裂面假设及极限平衡理论,假定有限土体水平,支护结构垂直,再依据有限土体的宽度b₀(支护结构与已有建筑的距离)与三角滑动楔体之间的宽度b之间的相对关系推导了改进的主动土压力计算公式.分析外摩擦角和支护结构与土体之间的黏着力对滑动土体破裂角以及主动土压力的影响,并提出广义主动土压力系数观点.通过算例对比,结果表明本次提出的计算公式更接近实际,考虑外摩擦角和黏着力的作用有利于节约成本.     

计算机代数在粘弹流体润滑中的应用

运用计算机代数系统，先取四参数Oldroyd流体作为斜面滑块轴承的润滑剂，吧无量纲松驰时间为振动参数，用正则摄动求解润滑问题的一阶解和二阶解，得出了一阶解的弹性效应对轴承润滑特性的影响是增大承载力和减小摩阻的结论，类似的结论在二阶解的弹性效应中也成立。     

汽缸摩擦力特性实验研究

研究汽缸的摩擦力特性.采用出口节流调速的方法建立汽缸摩擦力测试实验台,该实验台可进行汽缸的静动摩擦力测试.测试了汽缸在不同供气压力、不同速度和两腔压差下的动摩擦力特性,建立了汽缸的摩擦力模型,此模型将为研究汽缸的爬行现象和汽缸的伺服控制提供有意义的参考.实验结果表明:空载下汽缸的动摩擦力和速度的拟合关系为二次曲线;汽缸的动摩擦力与两腔压差及压差的方向都有关系.     

Effect of different atmospheres on dry friction behavior of steel sliding against brass at high speed

The atmosphere components have an influence on tribological behaviors of tribo-pairs. Through changing the atmosphere component, the effect of atmosphere component on the tribological behaviors of CrNiMo steel against brass at high sliding velocity was investigated. The wear test was carried out on a high-speed friction and wear test rig whose test atmosphere could be controlled. The tests were performed at four sliding velocities （30, 40, 50, 60 m/s）, one contact pressure （1.33 MPa） and two atmosphere components （N2 or O2）. The morphologies of the worn surfaces of various pins were observed with a scanning electron microscope. The chemical compositions of the surfaces and subsurfaces for steels were determined with an energy dispersion spectroscopy. The results showed that the wear rate of the steel pins were low all the time with the sliding velocity increasing in oxygen atmosphere, and that the wear rate of the steel pin in nitrogen atmosphere was higher than that of the steel pin in oxygen atmosphere. It was found that the thin and compact oxidation layer formed on the worn surface of the steel in oxygen atmosphere played a key role in wear resistance. However, the wear rate of the steel pin increased rapidly with the sliding velocity increasing in nitrogen atmosphere, which was attributed to the thick and loose surface layer formed on the worn surface of the steel.     

混合润滑条件金属基旋转摩擦元件界面温度场研究

针对机械传动湿式摩擦副热负荷异常导致的元件变形失效问题,基于弹性流体混合润滑理论,增加考虑粗糙界面弹塑性变形带来的影响,建立湿式摩擦副混合润滑热力学模型,并通过摩擦磨损试验机验证其正确性.基于粗糙接触面积、局部压强分布和局部温度分布的仿真结果,分析一定工况下的湿式摩擦副界面状态变化规律,探究接触面压和滑动速率对温度场细观分布的影响.结果表明：随着面压的提升,粗糙接触面积和局部压强逐渐升高,最高温度与平均温度的差距拉大,说明了压力提升可以激化界面承压分配的两极分化;随着滑摩速度的提升,粗糙接触面积和局部压强逐渐下降,界面最高温度先迅速升高后又明显下降,极值出现在0.1 m/s～1.0 m/s区间内.     

The Mechanism of Eliminating Drafting Waves in Spinning

The mechanism of the staple yarn's drafting waves during roller drafting is analyzed in this paper.It's concluded that the dynamic friction coefficient is greater than the static friction coefficient on the friction behavior of fibers, and the difference is largely responsible for the " stick-slip" motion of fibers which causes the drafting waves during drafting. In this paper,it's expected that when a high frequency undulating wave is imposed on the fiber strand in the drafting zone of roller system, the friction among fibers is dominated by the dynamic friction rather than the static friction, and thus the " stick-slip" motion will be eliminated. As a result, the fiber binding effect causing drafting waves can be significantly reduced. This hypothesis is verified by an experiment, and it can be applied in developing new spinning drafting device.