Analysis of melting driven by friction and temperature difference under sliding plate

The contact melting processes of phase change material (PCM) under a sliding plate, which is driven by the friction and temperature difference ΔT, are studied. By using film theory, the fundamental equations for the melting process are derived. The thickness of boundary layer, the pressure distribution inside boundary layer and the mass melting rate of PCM are also obtained with the numerical method. It is found that (1) the larger the temperature difference is, the larger the thickness of boundary layer and the mass melting rate are, and the more asymmetric the pressure distribution is; (2) the quicker the sliding velocity is, the larger the mass melting rate is, the flatter the thickness of boundary layer is, and the more symmetric the pressure distribution is; (3) the results of the contact melting driven together by the friction and temperature difference cannot be obtained by the addition of those driven respectively by the friction and temperature difference.     

Analysis of contact melting around a horizontal elliptical cylinder heat source

The process of AT-driven contact melting of the solid phase change material （PCM） around a horizontal elliptical cylinder heat source is analyzed. Aiming at the problem existed in the published literature, namely the thickness of boundary layer tends to be infinite at φ = 90°, and considering the difference of normal angle between the horizontal elliptical cylinder surface and the solid-liquid interface of PCM, a new mathematic model is proposed, and the fundamental equations for the melting process are derived with the film theory. The new pressure distribution inside the boundary layer, the variation law of normal angle of the solid-liquid interface, the thickness of the boundary layer and the relationship between the melting velocity and resultant force are obtained. The solutions of the fundamental equations under different elliptical compression coefficients are analyzed and discussed. It is found that the thickness of the boundary layer obtained by the new model is a finite value and accords with the experimental result at φ = 90°.     

离合器压盘温度场与应力场分析及改进研究

针对离合器接合过程中,压盘滑摩温度过高发生的烧蚀、热变形现象,利用abaqus仿真软件建立了三维有限元分析模型,结合压盘的实际工作状况采用直接耦合法进行热结构耦合仿真。得到了压盘的温度场与应力场,并研究了滑摩转速、压力和压盘厚度对压盘温度场及应力场的影响,同时针对翘曲变形,通过在滑摩面增加内锥度对压盘结构进行了优化。结果表明：高转速差会增大压盘滑摩温度与应力,压盘摩擦接触区域向内径移动,翘曲变形更加严重;压力的增大同样会增大滑摩温度与应力,但对摩擦接触的影响较小;压盘厚度增大能增加压盘的热容量,同时也会使温度与应力更加集中;增加压盘内锥度能显著改善压盘滑摩面的温度与应力分布,最高值分别下降了11.8%、5.4%,摩擦副有效接触面积增加,提高了离合器的工作性能与稳定性。     

粗糙表面在滑动过程中的摩擦生热研究

为研究粗糙表面在滑动摩擦过程中的热动力学问题,基于G –W（Greenwood –Williamson）模型,建立了一个
含球形微凸体粗糙表面与理想平面的滑动接触模型。使用有限元法对该模型的滑动摩擦过程进行了热机耦合计算,
并研究了相对滑动速度、初始压入量和摩擦因数对粗糙体温升、等效应力和接触应力的影响。结果表明,粗糙体表面
温度变化历程可分为急剧增长和缓慢增长两个阶段;微凸体上出现局部高温区,且其高应力区偏向滑移方向一侧;相
对运动速度越高,温度历程第一个阶段对应的位移量就越大;不同初始压入量下,温度历程第一阶段的持续时间基本
为0.05 ms;粗糙体的最大等效应力和接触应力均随着压入量和摩擦因数的增大而增大。     

湿式铜基摩擦副局部接触对摩擦因数的影响

考虑金属的热衰退特性及温度、压力和摩滑速度对混合润滑油膜的影响,建立了湿式铜基摩擦副局部接触摩擦因数计算模型,研究了摩滑过程中湿式铜基摩擦副局部接触状态下摩擦因数的变化规律,并通过销-盘摩擦因数测量实验对摩擦因数计算模型进行了验证.研究结果表明:摩擦元件屈曲变形导致摩擦元件间摩擦状态发生变化,在局部接触条件下,接触区摩擦状态随温度升高可分为油膜主导阶段、微凸峰主导阶段、摩擦因数上升阶段和热衰退阶段4个阶段.其中,油膜主导阶段会随摩滑速度的减小而消失.干摩擦状态下,摩滑速度对摩擦因数影响较小.在混合润滑状态下,摩擦因数随摩滑速度增加而下降,且温度越小摩擦因数衰减越显著.局部接触区平均面压较小时,压力对摩擦因数影响较小,当压力超过100 MPa时,接触面压力开始对混合润滑中的油膜主导阶段产生影响,此时摩擦因数随压力升高而增大.      

冷轧过程中的混合润滑特性

基于Christensen的表面粗糙峰分布假设,以轧制理论、流体力学理论为基础建立了考虑表面粗糙度的冷轧混合润滑模型,并提出了混合润滑摩擦状态约束关系式用来判别摩擦状态.对不同条件下油膜厚度、接触面积比、压应力及摩擦应力分布情况进行了仿真分析.结果表明:随着压下率的增加,油膜变薄、界面接触面积比增加、应力增大;同时,表面粗糙度对界面接触面积比及应力分布有较大影响,粗糙度增加,界面接触面积比增加,压应力及摩擦应力均增加.较高的润滑液黏度或轧制速度可以有效地降低轧制界面摩擦力及轧制力.     

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.     

耦合因素对混合润滑滑动轴承特性的影响

低速工况下处于混合润滑状态的滑动轴承易因变形或倾斜而发生磨损。为分析轴颈倾斜和磨损对滑动轴承混合润滑特性的影响,建立了计入轴颈倾斜和弹性变形的平均流量方程、G-T接触方程和Archard磨损方程耦合模型,采用有限差分法及超松弛迭代法计算混合润滑状态下轴承特性参数和时变磨损参数,对比了轴颈倾斜前后或磨损前后轴承的润滑性能,并分析粗糙度和边界摩擦系数等因素对各性能参数的影响。搭建摩擦磨损试验台测试了倾斜状态下轴承的润滑特性,验证了理论模型的正确性。理论分析与试验结果表明：重载大偏心时轴承转变为混合润滑状态,轴颈倾斜程度越大,轴承越容易发生混合润滑;轴承倾斜后,压力峰值和接触区域形状发生改变,磨损量因而发生变化,并且磨损深度分布沿轴向或周向倾斜;磨损降低了油膜的动压效应,并且使膜厚比降低,导致油膜压力峰值下降约20%,接触压力峰值降低约90%,承载力最高下降约19.71%;对比磨损前后的轴承形貌发现,轴颈倾斜使得磨损集中于间隙减小的一端。该研究可为实际工程中轴承的设计提供理论依据。     

混合动力汽车湿式离合器摩擦副温度场及其影响因素研究

热失效是混合动力汽车湿式离合器发生故障的主要原因之一。摩擦副滑摩过程中具有高度非线性,同时摩擦副温度场受到多个参数影响。为深入研究混合动力汽车离合器摩擦副温度场分布情况,通过搭建混合动力汽车离合器热结构耦合分析模型,对滑摩过程进行仿真计算。在此基础上,深入研究初始转速、接合油压、对偶钢片厚度和摩擦衬片材料等因素对摩擦副温度场的影响。     

自适应微摩擦综合测试仪的研制与纳米润滑实验研究

描述了作者研制的自适应微摩擦综合测试仪的基本原理。采用多用途自适应浮动结构、精密刀口杠杆加载结构和摩擦力精密测量系统,可精确地加载和测量ｍＮ量级的摩擦力。研究纳米膜在各种润滑方式下的摩擦学性能,同时采用相对光强光干涉法,检测纳米级的润滑膜厚以及润滑状态的变化。以１０＃标准粘度液作润滑剂,分别用面接触浮动润滑副和点接触浮动润滑副作实验,研究了其摩擦因数和润滑膜厚度随载荷、速度和运动方式（点接触纯滑动和纯滚动）的变化规律,并验证了仪器的实验性能。     

相变材料在有限长矩形腔内接触熔化的分析

对水平矩形腔内相变材料的接触熔化过程进行了研究．矩形腔的长度可以小于、大于宽度,且在底面保持恒温对相变材料加热．通过边界层理论分析,求得了传热过程的熔化规律与液体边界层厚度,并与实验数据进行了比较,讨论了矩形长度对它们的影响,给出有益的结论．     

基于变异系数的盘式制动器热-应力耦合场研究

摩擦片材料属性影响着接触压力的不均匀程度,为了更精确地描述接触压力不均匀度,引入变异系数,以此来量化接触压力的不均匀性,并采用控制变量法探讨了变异系数随摩擦片材料属性的变化规律.研究结果表明:温度对接触压力的不均匀性影响很大,考虑温度影响后,接触压力变异系数由21.25%增加到49.51%,较大地增加了接触压力的不均匀性;摩擦片材料属性对变异系数影响明显,随着摩擦片弹性模量、热膨胀系数增加,变异系数逐渐变大;随着比热容、热传导系数、密度增加,变异系数逐渐变小.因此,适当降低弹性模量、热膨胀系数或增加比热容、热传导系数和密度,有利于改善接触压力的不均匀度,从而延长摩擦片使用寿命.     

机体弹性变形对主轴承润滑特性的影响

为揭示机体弹性变形对曲轴主轴承润滑特性的影响,在考虑整机体和曲轴弹性的条件下,建立发动机曲柄连杆机构多柔体动力学模型,耦合基于质量守恒边界条件的广义雷诺方程和Greenwood/Tripp接触模型,分析机体弹性变形对曲轴主轴承润滑特性的影响。结果表明:与刚性机体相比,计入机体弹性变形后,各主轴承的润滑特性随曲轴转角的变化趋势与将缸体处理为刚性时基本一致;润滑油平均端泄量和总摩擦功耗在一个工作循环内均变化较小;润滑油最小油膜厚度、最大油膜压力和轴承的最大粗糙接触压力在一个工作循环内的某些时刻变化明显。     

考虑接触面局部散热的湿式离合器摩擦片滑摩温升特性

湿式离合器摩擦元件摩擦温升状态与车辆性能息息相关.首先考虑沟槽冷却、接触面局部散热和摩擦因数实时变化,引入了副间等效对流换热系数和等效增益系数,优化了温度场数值模型.通过有限差分法进行求解,并试验验证了有效性,比原模型具有更高的准确性.在滑摩稳定期,应用滑摩温度场优化模型分析了转速、油压对温度场的影响规律.用试验方法研究了润滑流量对滑摩温升特性的影响规律,并测得了变形失效过程的温升特性变化.      

基于粗糙路面接触理论的轮胎动摩擦特性研究

提出了一种基于路面特性的轮胎动摩擦特性模型,研究了接触压力、滑动速度、路面特性对轮胎作用力的影响. 基于GW改进接触模型,引入粗糙路面实际接触理论,结合滑动摩擦因数模型、一般轮胎理论模型建立了轮胎动摩擦特性模型. 定量评价了接触压力、滑动速度和路面特性对实际接触面积、轮胎动摩擦力的影响,同时指出了轮胎印迹产生的可能性状态区域. 仿真结果表明,基于路面特性的轮胎动摩擦模型能够准确地反映接触压力、滑动速度、路面特性在轮胎滑移状态下对轮胎作用力的影响.     

含磨屑粗糙表面接触滑动摩擦副温度场的计算

接触温度是评价摩擦副工作性能好坏的一个重要因素,对粗糙表面、特别是含磨屑粗糙表面接触温度场求解尚缺乏深入研究。介绍了粗糙表面及含磨屑粗糙表面线接触滑动摩擦副接触温度场的求解过程及方法,分析了光滑表面、粗糙表面及含磨屑粗糙表面接触温度场分布,探讨了表面接触温度对滑动摩擦副胶合及咬死的影响。结果表明：粗糙表面温度场较光滑接触表面温度场有明显的提高,在粗糙度影响系数的０．１、０．５时,接触区温度分别增加     

磷硼蠕墨铸铁摩擦磨损机理初探

本文采用扫描电镜(SEM),能谱分析仪和表面形貌仪着重对磷、硼蠕墨铸铁的摩擦磨损机理作了初步的分析和探讨,研究结果表明:磷、硼合金元素的加入,有助于在蠕墨铸铁的摩擦表面形成一定的塑性流变层,从而改善摩擦表面的性质,使蠕墨铸铁的摩擦磨损性能提高.     

脉动流对壁面边界层流动的数值研究

为了研究非稳态尾迹对平板表面流动和换热的影响,本文将非稳态尾迹引起的主流速度脉动简化为正弦变化,通过数值的方法研究了脉动频率和振幅对平板壁面边界层流动和换热的影响,研究结果表明:边界层内的速度、壁面温度、壁面摩擦系数和平均换热系数随着时间的变化做周期性脉动;边界层内流动与主流之间存在着相位差,壁面距离越小,相位差越大;边界层内的速度和壁面摩擦系数脉动幅度的大小与主流脉动频率和振幅成正比;壁面温度和壁面平均换热系数的波动大小与主流脉动频率成反比,与脉动振幅成正比,当主流脉动频率和脉动振幅增加到一定值后,靠近壁面的地方出现回流,回流强度与脉动频率和振幅成正比。     

Motion mechanism analysis of two contacting rollers

Two rollers contact each other under the normal load,and when the driving roller rotates,it drives the driven roller rotate by the tangential force on contact area.Finite Element Method analysis and experimental analysis are adopted to research the motion mechanism of two rollers which elasticity has big difference both on the condition of direct contact and indirect contact.From the analysis it is achieved that the relative sliding between the two rollers is due to the tangential force on the contact area and the radial compression deformation of the soft roller which has greater elasticity.For the condition of indirect contact in which a layer of inter-medium exists between the two rollers,the relative sliding is greater than that on the condition of direct contact,and the hardness of the intermedium layer affects the relative sliding between the two rollers.And for the condition of multiple rollers in the state of pressing contact,the number of contact areas on the soft roller also affects its motion characteristics.     

引信曲折槽机构摩擦系数检测模型及其求解

该文给出了求解惯性筒上的曲折槽与销之间的滑动静摩擦系数的一种方法,介绍了引信曲折槽机构。由于惯性筒上的曲折槽与销间的为线接触甚至点接触,因此针对此处较为特殊的摩擦系数进行研究。建立了某引信曲折槽机构的数学模型,由压力测试机测得使曲折槽机构开始运动的启动压力,求解了惯性筒上的曲折槽与销之间的滑动静摩擦系数。结果表明：该摩擦数据可用于引信机构的仿真,使其更接近于真实情况。