【摘要】：摩擦學(xué)問(wèn)題由來(lái)已久。大量的工程經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)分析表明,影響滑動(dòng)摩擦力的因素包括摩擦層材料的物理化學(xué)特性,表面形貌和工作環(huán)境等。因此,很難形成普遍適用的摩擦定律。在機(jī)械傳動(dòng)中為了滿足不同的要求,摩擦力常常需要被調(diào)整。例如減小摩擦力可以節(jié)能提效,如軸承、齒輪機(jī)構(gòu);增大摩擦力可以傳遞轉(zhuǎn)矩和耗能,如摩擦阻尼器。摩擦力無(wú)處不在,如果能控制摩擦力的變化,將拓寬摩擦力的利用空間。本研究的目的是研究表面結(jié)構(gòu)對(duì)摩擦力的影響,通過(guò)設(shè)計(jì)表面結(jié)構(gòu)賦予接觸界面特定滑動(dòng)摩擦特性。主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)研究接觸表面結(jié)構(gòu)變形對(duì)摩擦力的影響,對(duì)植物葉子和泡沫材料之間的摩擦特性進(jìn)行了測(cè)試分析。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,隨著法向載荷的增加,斑種草和構(gòu)樹(shù)葉子表面的刺狀結(jié)構(gòu)發(fā)生變形,從而影響滑動(dòng)摩擦力,使其在特定階段隨法向力增加而減小,呈現(xiàn)“反常”摩擦行為。基于實(shí)驗(yàn)結(jié)果,建立了“棒棒糖”狀表面結(jié)構(gòu)的力學(xué)模型,并利用3D打印制備了彈性試件,以試驗(yàn)驗(yàn)證了摩擦力隨正壓力負(fù)增長(zhǎng)的機(jī)理。(2)基于摩擦力與真實(shí)接觸面積成正比的理論,設(shè)計(jì)、制備了包含多個(gè)球面接觸區(qū)域的表面結(jié)構(gòu)并進(jìn)行了摩擦力測(cè)試。該結(jié)構(gòu)隨著法向載荷的增大發(fā)生變形,引起接觸區(qū)域的切換。根據(jù)赫茲接觸理論,試件與剛硬平面基底接觸中,球面曲率半徑減小時(shí)真實(shí)接觸面積變小,摩擦力因而降低。實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了通過(guò)改變真實(shí)接觸面積調(diào)控摩擦力的可行性。實(shí)驗(yàn)同時(shí)也證明,在接觸區(qū)域表面結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)次級(jí)結(jié)構(gòu)調(diào)節(jié)表面粗糙度,也可以實(shí)現(xiàn)摩擦力隨正壓力負(fù)增長(zhǎng)。(3)利用動(dòng)力學(xué)模擬研究接觸面相對(duì)滑動(dòng)時(shí)的摩擦特性。有限元計(jì)算表明,表面結(jié)構(gòu)的剛度影響滑動(dòng)面接觸區(qū)域的變形,因此優(yōu)化表面結(jié)構(gòu)的剛度可以達(dá)到降低摩擦力的目的。數(shù)值分析顯示,物體在彈性表面上滑動(dòng)時(shí),因能量守恒,滑動(dòng)摩擦力在特定條件下會(huì)改變方向,助推滑塊加速運(yùn)動(dòng)。本研究探究了表面結(jié)構(gòu)和滑動(dòng)摩擦力之間的關(guān)系,通過(guò)實(shí)驗(yàn)、仿真和理論分析,驗(yàn)證了以控制結(jié)構(gòu)形變、改變真實(shí)接觸面積、調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)剛度等方式調(diào)控摩擦特性的可行性,研究結(jié)論對(duì)摩擦設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)意義。
【圖文】：

接觸區(qū)域的不同位置上會(huì)發(fā)生不同程度的變形，法向壓力圖 1-1 滑動(dòng)摩擦機(jī)理[11]Fig. 1-1 Sliding friction mechanism

1 緒論時(shí)間依賴的；摩擦學(xué)行為是多個(gè)學(xué)科間強(qiáng)耦合結(jié)果[18,19]。摩擦運(yùn)動(dòng)并非平穩(wěn)的連續(xù)滑動(dòng)，會(huì)發(fā)生不同程度的黏滑運(yùn)動(dòng)(stick-s是摩擦過(guò)程中摩擦副接觸界面碰撞-分離的動(dòng)態(tài)過(guò)程，表面形貌是變形最重要的因素，在滑動(dòng)摩擦過(guò)程中，，研究表面形貌對(duì)接觸黏著重要。
【學(xué)位授予單位】：西南科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TH117

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本文編號(hào)：2619182