基于分子动力学模拟的粗糙表面接触与摩擦特性研究

发布时间：2017-05-27 16:21

  本文关键词：基于分子动力学模拟的粗糙表面接触与摩擦特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：轴向柱塞泵是现代液压传动中使用最广泛的液压元件之一，在高压低速条件下，其关键摩擦副的工作界面不能形成完整的润滑油膜，，其摩擦界面处在混合润滑状态，既存在润滑油膜，又有粗糙峰的接触。因此，固体接触区域的接触和摩擦问题，是研究混合润滑状态接触与摩擦问题的基础，同时，也一直是摩擦学研究的一个重要方面。考虑到连续介质力学模型在微观尺度下的局限性，本文采用分子动力学方法进行微米尺度粗糙表面的接触与摩擦特性研究。 针对纳米尺度单粗糙峰的接触和摩擦行为，建立了刚性球形粗糙峰对弹性平面基体的微观力学模型，利用分子动力学理论求解该模型，模拟分析了变形量，温度，速度，粗糙峰曲率半径等参数对接触力，摩擦力和摩擦系数的影响规律，并得到了单粗糙峰接触力，摩擦力与接触变形量的关系式。 为了进一步地研究纳米尺度粗糙表面的真实接触力和接触面积，在分析G-W统计接触模型的基础之上，提出了基于分子动力学模拟的粗糙表面接触模型。该模型给出了原子尺度下接触面积的计算方法，并运用接触面积和接触力与接触变形量的关系以及粗糙峰统计分布模型，将单粗糙峰的接触行为扩展到粗糙表面的接触行为，并对两种模型的结果进行了对比分析。 为了将纳米尺度下单粗糙峰接触和摩擦回归模型扩展到微米尺度，研究了纳米尺度下粘附作用的影响。进一步地进行了微米尺度粗糙表面的接触摩擦特性分析，为了验证微米尺度粗糙表面的接触摩擦特性，最后采用表面形貌仪和UMT测试试验机进行了接触和摩擦试验研究。
【关键词】：分子动力学模拟 接触 摩擦 粗糙表面
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH117
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 第1章 绪论8-19
• 1.1 粗糙表面接触和摩擦行为的研究背景和意义8-11
• 1.1.1 研究背景8-9
• 1.1.2 研究意义9-11
• 1.2 接触和摩擦行为的研究概况11-15
• 1.2.1 粗糙表面接触模型的研究现状11-14
• 1.2.2 摩擦特性的研究概况14-15
• 1.3 分子动力学模拟研究概况15-17
• 1.4 本论文的主要研究工作17-19
• 第2章 单粗糙峰接触与摩擦特性分子动力学模拟19-42
• 2.1 单粗糙峰接触与摩擦的分子动力学模型19-29
• 2.1.1 原子间的势函数20-21
• 2.1.2 运动方程的数值求解算法21-22
• 2.1.3 周期性边界条件与最近邻像约定22-23
• 2.1.4 截断半径及近邻列表算法23-24
• 2.1.5 系综和温度控制24-26
• 2.1.6 分子动力学模拟基本流程26-27
• 2.1.7 分子动力学模拟模型27-29
• 2.2 单粗糙峰接触与摩擦特性模拟分析29-40
• 2.2.1 单粗糙峰接触与摩擦过程模拟分析29-35
• 2.2.2 变形量对接触与摩擦特性的影响35-36
• 2.2.3 温度对接触与摩擦特性的影响36-37
• 2.2.4 速度对接触与摩擦特性的影响37-39
• 2.2.5 粗糙峰曲率半径对接触与摩擦特性的影响39-40
• 2.3 本章小结40-42
• 第3章 纳米尺度粗糙表面的接触模型研究42-53
• 3.1 G-W 统计接触模型42-46
• 3.1.1 G-W 统计接触模型的假设条件43
• 3.1.2 G-W 统计接触模型43-46
• 3.2 基于分子动力学模拟的统计接触模型46-48
• 3.2.1 接触面积的统计模型46-47
• 3.2.2 接触力的统计模型47-48
• 3.3 模型的比较分析48-52
• 3.3.1 单个粗糙峰接触模型的对比分析48-51
• 3.3.2 粗糙表面接触模型的对比分析51-52
• 3.4 本章小结52-53
• 第4章 微米尺度粗糙表面的接触摩擦特性分析53-71
• 4.1 微米尺度单粗糙峰接触摩擦模型53-64
• 4.1.1 粘附力的影响分析53-55
• 4.1.2 微米尺度单粗糙峰接触摩擦回归模型55-59
• 4.1.3 微米尺度单粗糙峰接触与摩擦特性分析59-64
• 4.2 微米尺度粗糙表面接触与摩擦特性分析与验证64-70
• 4.2.1 微米尺度粗糙表面接触与摩擦模型64-65
• 4.2.2 接触和摩擦试验分析65-70
• 4.3 本章小结70-71
• 第5章 总结与展望71-73
• 5.1 总结71-72
• 5.2 论文创新点72
• 5.3 研究展望72-73
• 参考文献73-79
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单79-80
• 致谢80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 文玉华,朱如曾,周富信,王崇愚;分子动力学模拟的主要技术[J];力学进展;2003年01期

  本文关键词：基于分子动力学模拟的粗糙表面接触与摩擦特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：400560