本文關(guān)鍵詞：仿生凸起幾何結(jié)構(gòu)對(duì)冰摩擦學(xué)特性的影響，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：冰摩擦學(xué)是摩擦學(xué)的一個(gè)分支，冰摩擦機(jī)理十分復(fù)雜，影響它的因素眾多，“自潤(rùn)滑”理論是被普遍接受用來解釋冰摩擦因數(shù)如此之小的理論。本研究先通過四種固體材料與冰的摩擦試驗(yàn)來探尋各因素對(duì)冰摩擦因數(shù)的影響，并探尋冰的摩擦機(jī)理；再結(jié)合仿生學(xué)的知識(shí)制備不同高徑比（DRH）的仿生凸包試件與冰進(jìn)行摩擦試驗(yàn)，探尋仿生凸包幾何結(jié)構(gòu)對(duì)冰摩擦因數(shù)的影響。 首先，對(duì)四種具有不同傳熱系數(shù)的固體材料（UHMWPE、PTFE、PA-66和GCr15鋼）在不同速度（5mm/s和20mm/s）、不同載荷（5N和20N）、不同溫度（-5℃和-20℃）的條件下與相同純度、相同表面粗糙度的冰面進(jìn)行摩擦試驗(yàn)，采用正交試驗(yàn)優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法，得出了這四種因素對(duì)冰摩擦因數(shù)影響的主次順序?yàn)樗俣�、溫度、固體材料、載荷，各因素的最優(yōu)水平20mm/s、-5℃、UHMWPE和20N。并通過對(duì)UHMWPE固體材料在恒定載荷（15N）、不同溫度（-5℃，-10℃，-15℃，-20℃）和不同速度（5mm/s，10mm/s，15mm/s，20mm/s）下的全面試驗(yàn)結(jié)果分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)載荷F越大、材料的傳熱系數(shù)λ越小、初始溫度T越高、速度ν越大時(shí)，冰面局部區(qū)域溫度越容易升高至冰的融點(diǎn)溫度，更容易產(chǎn)生一層潤(rùn)滑水膜來潤(rùn)滑界面，冰的摩擦因數(shù)就越小。通過理論分析與實(shí)驗(yàn)研究，得出了冰摩擦過程可以分為3個(gè)階段：干摩擦階段、水膜生成階段和流體力學(xué)摩擦階段。 其次，以飛蛤?yàn)榉律鷮W(xué)習(xí)對(duì)象，對(duì)其體表進(jìn)行仿生，設(shè)計(jì)并制備了3種不同高徑比（DRH）（α=0.2236，α=0.25，α=0.2887）的UHMWPE仿生凸包試件，每個(gè)試件上布置兩個(gè)凸包。以光滑試件為對(duì)比對(duì)象，將3種不同高徑比（DRH）的仿生試件與冰在恒定載荷F（15N）、不同溫度T（-5℃和-15℃）和不同速度ν（5mm/s和20mm/s）的條件下進(jìn)行全面試驗(yàn)的摩擦試驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高徑比對(duì)冰的摩擦因數(shù)具有一定影響，其中，α=0.2236和α=0.25的凸包試件與冰的摩擦因數(shù)要小于光滑試件與冰的摩擦因數(shù)；而α=0.2887的凸包試件與冰的摩擦因數(shù)要明顯大光滑試件與冰的摩擦因數(shù)。 最后，利用三維模擬分析軟件ABAQUS分別對(duì)高徑比α=0.2236凸包試件和光滑試件與冰的摩擦進(jìn)行三維建模，在相同載荷F、相同初始溫度T0（-5℃）、相同速度ν以及相同時(shí)間t（0.015s）內(nèi)進(jìn)行了熱分析。試驗(yàn)結(jié)果表明，凸包試件與冰摩擦?xí)r冰面溫度升高區(qū)域較為狹長(zhǎng)且溫度由中心區(qū)域向四周輻射遞減，中心溫度為2.179℃；而光滑試件與冰摩擦?xí)r冰面溫度升高區(qū)域較為規(guī)則且溫度分布均勻，溫度為1.205℃。
【關(guān)鍵詞】：冰摩擦學(xué) 仿生 高徑比 UHMWPE ABAQUS
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：Q811;TH117
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 緒論12-20
• 1.1 摩擦學(xué)的發(fā)展過程12-13
• 1.2 庫倫定律的局限性13-14
• 1.3 仿生摩擦學(xué)14-16
• 1.3.1 仿生學(xué)概述14
• 1.3.2 生物表面與仿生摩擦學(xué)14-16
• 1.4 冰摩擦學(xué)的研究與進(jìn)展16-17
• 1.5 本研究的主要內(nèi)容17-20
• 第二章 四種材料與冰的摩擦20-34
• 2.1 試驗(yàn)材料的介紹20-22
• 2.1.1 超高分子聚乙烯20
• 2.1.2 聚四氟乙烯20-21
• 2.1.3 尼龍21
• 2.1.4 GCr15 鋼21-22
• 2.2 試驗(yàn)材料的的加工22-24
• 2.2.1 數(shù)控機(jī)床原理23
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)材料的準(zhǔn)備23
• 2.2.3 冰的制備23-24
• 2.3 試驗(yàn)設(shè)備24-26
• 2.3.1 UMT 微觀摩擦學(xué)實(shí)驗(yàn)機(jī)24-25
• 2.3.2 試驗(yàn)原理25-26
• 2.4 試驗(yàn)的步驟流程26-27
• 2.5 軟件參數(shù)設(shè)置27-31
• 2.6 試驗(yàn)方案的確定31-33
• 2.6.1 試驗(yàn)因素31-32
• 2.6.2 試驗(yàn)水平32
• 2.6.3 試驗(yàn)方案32-33
• 2.7 本章小結(jié)33-34
• 第三章 摩擦試驗(yàn)的數(shù)據(jù)分析與處理34-46
• 3.1 優(yōu)化試驗(yàn)的結(jié)果及處理34-36
• 3.2 追加速度與溫度的全面試驗(yàn)36
• 3.3 全面試驗(yàn)的結(jié)果與分析36-42
• 3.3.1 載荷對(duì)冰的摩擦因數(shù)的影響36-37
• 3.3.2 固體材料對(duì)冰的摩擦因數(shù)的影響37-38
• 3.3.3 溫度對(duì)冰的摩擦因數(shù)的影響38-40
• 3.3.4 速度對(duì)冰摩擦因數(shù)的影響40-42
• 3.4 冰摩擦的機(jī)理42-43
• 3.5 本章小結(jié)43-46
• 第四章 仿生凸包 UHMWPE 固體件與冰的摩擦46-64
• 4.1 結(jié)構(gòu)仿生理論基礎(chǔ)46-47
• 4.1.1 相似理論46
• 4.1.2 進(jìn)化理論46-47
• 4.1.3 優(yōu)化理論47
• 4.2 仿生幾何結(jié)構(gòu)表面形態(tài)參數(shù)的選取47-51
• 4.2.1 仿生凸包的參數(shù)的選取47-48
• 4.2.2 凸包模具的制備48-51
• 4.3 UHMWPE 加工成型方法的選擇51-52
• 4.3.1 自由燒結(jié)法51-52
• 4.3.2 燒結(jié)-壓制法52
• 4.3.3 壓制、燒結(jié)同時(shí)進(jìn)行法52
• 4.3.4 快速加熱壓制法52
• 4.4 凸包摩擦試驗(yàn)件的制備52-56
• 4.4.2 模壓原理53-54
• 4.4.3 成型工藝54-56
• 4.5 凸包表面固體試件與冰的摩擦試驗(yàn)56-61
• 4.5.1 試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)56-57
• 4.5.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析57-61
• 4.6 本章小結(jié)61-64
• 第五章 基于 ABAQUS 的有限元模擬分析64-84
• 5.1 ABAQUS 軟件介紹及其應(yīng)用簡(jiǎn)介64-66
• 5.1.1 ABAQUS 分析模塊65-66
• 5.1.2 ABAQUS 求解問題的一般步驟66
• 5.2 ABAQUS 在熱分析中的應(yīng)用66-68
• 5.2.1 熱應(yīng)力分析的基本原理66-68
• 5.3 有限元模型的建立68-79
• 5.3.1 ABAQUS 部件設(shè)計(jì)與裝配69-72
• 5.3.2 模型的網(wǎng)格劃分72-75
• 5.3.3 模型分析步設(shè)置和定義變量輸出75-76
• 5.3.4 定義接觸屬性76-78
• 5.3.5 定義載荷及邊界條件78-79
• 5.4 模型熱分析的結(jié)果與分析79-82
• 5.5 本章小結(jié)82-84
• 第六章 結(jié)論與展望84-86
• 6.1 本論文得出的結(jié)論84-85
• 6.2 后繼工作與展望85-86
• 參考文獻(xiàn)86-92
• 導(dǎo)師及作者簡(jiǎn)介92-102
• 致謝102

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：418423