顆粒流潤滑的多尺度動力學(xué)及剪切膨脹承載機制研究.pdf

1、顆粒流潤滑是根據(jù)顆粒物質(zhì)系統(tǒng)理論提出的一種新型的潤滑方式，其基本的設(shè)計思路是將不黏附的硬質(zhì)固體顆粒作為潤滑介質(zhì)導(dǎo)入到摩擦副間隙中，在潤滑過程中利用固體顆粒之間的相互碰撞、滑動、摩擦和滾動等微觀運動，以及顆粒自身的彈性變形，減小摩擦副表面之間的相互接觸面積，從而實現(xiàn)減小摩擦和起到保護摩擦副的目的。該潤滑方式環(huán)境適應(yīng)性強，可以靜態(tài)承載。對其研究掌握它的多尺度動力學(xué)特性和剪切膨脹承載機制，不僅具有重要的基礎(chǔ)科學(xué)意義，而且具有實際的工程應(yīng)用價值

2、。
　　首先，基于二元碰撞假設(shè)理論建立的碰撞顆粒流潤滑控制方程和邊值條件，對碰撞顆粒流潤滑的流態(tài)進行了數(shù)值模擬研究。數(shù)值分析結(jié)果表明:顆粒潤滑介質(zhì)在剪切運動過程中的波動是引起固體體積分數(shù)、波動速度和摩擦系數(shù)變化的最重要的因素，主要三體參數(shù)的變化會改變顆粒潤滑介質(zhì)的波動趨勢，從而引起固體體積分數(shù)、波動速度和摩擦系數(shù)發(fā)生改變。
　　其次，采用離散單元法構(gòu)建了密集顆粒流潤滑的理論研究模型，對顆粒潤滑介質(zhì)的速度波動和自擴散特性、動力

3、學(xué)特征、力鏈特征、剪切膨脹現(xiàn)象及承載的力學(xué)機制進行了研究。主要研究結(jié)果表明:顆粒潤滑介質(zhì)的平均速度和波動速度的變化趨勢相反;接觸力和接觸角均按冪函數(shù)規(guī)律變化，并且法向接觸力的大小要遠遠的大于切向接觸力;顆粒潤滑介質(zhì)的動力學(xué)行為具有阻塞態(tài)、準(zhǔn)靜態(tài)流、慢速流和快速流四種狀態(tài);顆粒潤滑介質(zhì)在剪切運動過程中的剪脹率隨時步的變化服從二次多項式規(guī)律，整體的剪切膨脹程度會隨著剪切速度的增大而減小，壓力載荷的減小而增大;顆粒潤滑介質(zhì)剪切膨脹過程中產(chǎn)生的

4、法向作用力也可以有效承載，且承載能力隨著剪切速度的增大而減弱，壓力載荷的增大而增強等。
　　最后，利用端面摩擦試驗機和石墨顆粒對密集顆粒流潤滑開展的粘滑運動實驗研究表明，運動摩擦副與顆粒潤滑介質(zhì)間的宏觀摩擦系數(shù)與顆粒潤滑介質(zhì)間形成的細觀力鏈密切相關(guān)，細觀力鏈的演變規(guī)律決定宏觀摩擦系數(shù)的變化和演變，而運動摩擦副與顆粒潤滑介質(zhì)間的宏觀摩擦系數(shù)可以視為細觀力鏈變化趨勢的宏觀外在反映;顆粒潤滑介質(zhì)的流變特性會隨著剪切速度和壓力載荷的增大逐