颗粒材料底面动摩擦系数特征研究

发布时间：2022-01-09 10:44

　　离散态颗粒物质具有明显不同于普通固体的界面摩擦特性,而摩擦系数是界面摩擦特性的主要表征参数之一。通过倾斜仪开展不同级配条件下颗粒材料的滑动摩擦试验,基于视频图像解析以及函数拟合方法,建立滑动位移与滑动时间的最佳函数拟合关系,分析滑动过程的加速度并推算底面动摩擦系数,研究颗粒粒径、质量配比等级配因素对颗粒材料底面动摩擦系数的影响。研究结果表明:（1）各级配颗粒材料的平均底面动摩擦系数随着运动时间的增加均呈线性减小趋势;（2）对于单粒径材料,与粗颗粒相比,细颗粒具有较大的底面动摩擦系数;（3）对于双粒径材料,随着细颗粒含量的增加,颗粒材料的平均底面动摩擦系数先急剧降低至最小值（细颗粒含量≤40%）,后急剧增加（细颗粒含量40%～60%）,最终增加趋势明显变缓（细颗粒含量≥60%）。 

【文章来源】：工程地质学报. 2020,28(04)北大核心CSCD

【文章页数】：8 页

【部分图文】：

摩擦界面处的峰点接触状态以及犁沟效应

通过式(2)推算，两种颗粒材料的底面动摩擦系数均呈现出随时间增加而降低的变化趋势，但变化幅度有较大差异(图9)。工况1中细颗粒的底面动摩擦系数介于0.320～0.337之间，降低趋势较平缓，变化幅度小;工况2中粗颗粒的底面动摩擦系数介于0.276～0.349之间，降低趋势明显较快，变化幅度大。在滑动区间内，粗、细两种颗粒的动摩擦系数曲线存在交叉，细颗粒的动摩擦系数在早期低于粗颗粒，而在后期高于粗颗粒。在运动时间t=0.6is时，细颗粒动摩擦系数的最终值0.320高于粗颗粒动摩擦系数的最终值0.276。2.2.2 双粒径材料

颗粒材料的底面动摩擦系数与颗粒的尺寸及形状、法向载荷、滑动速度以及摩擦界面特性等各种因素有关，这就使得动摩擦系数随着工况条件的变化很大。目前颗粒物质的摩擦试验中较多采用相同粒径的颗粒和粗糙滑面形式，摩擦界面处的颗粒层受到来自粗糙滑面的强烈剪切作用，通过颗粒之间的摩擦和碰撞引起颗粒层内部的结构重组，从而影响颗粒材料的界面摩擦特性。在本次模型试验中，采用的石英砂颗粒棱角明显，形状不规则，颗粒之间嵌入咬合紧密，粒间摩擦作用较强。同时，由于倾斜板表面光滑，颗粒材料运动过程中底层颗粒只能受到相对较弱的剪切作用，所以试样桶中的颗粒材料在侧面整体受限的情况下，其内部未出现明显的结构重组现象。根据模型试验结果和宏观摩擦理论，可以认为各工况颗粒材料底面动摩擦系数的不同变化趋势可能与摩擦界面处接触峰点的分布特点有关。对于单粒径材料，在相同的底面积条件下，细颗粒的摩擦底面具有更多的接触峰点，在运动过程中需要克服由犁沟效应产生的更大的摩擦阻力，因而表现出较大的底面动摩擦系数。对于双粒径材料，两种颗粒均匀混合后，细颗粒的含量变化可以影响其在底层颗粒中的数量分布。一方面，随着细颗粒含量的增多，摩擦界面处的接触峰点增多，进而在运动过程中产生更大的摩擦阻力。另一方面，作者认为由于粗、细两种颗粒的粒径差异，随着双粒径材料中细颗粒含量的增加，粗颗粒与细颗粒之间存在着复杂的相互作用，由此导致双粒径材料的底面动摩擦系数作非线性振动变化。但是这种不规则颗粒之间的相互作用是如何引起底面动摩擦系数的非线性振动变化尚不得而知，有待进一步的试验研究。图1 1 动摩擦系数平均值与细颗粒百分含量的关系

【参考文献】：
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本文编号：3578562