木陶瓷多孔隙结构的流体动压润滑研究

发布时间：2017-08-09 02:11

  本文关键词：木陶瓷多孔隙结构的流体动压润滑研究

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【摘要】：随着木陶瓷制备工艺的不断完善,木陶瓷的机械性能得到了较大的提高,具有孔隙结构的木陶瓷作为特殊工况下滑动零部件制造用基材的研究显得尤为重要。针对目前对木陶瓷的研究主要集中在不同制备工艺下的木陶瓷物理力学性能,而涉及到其动压润滑性能较少且都是实验结果分析,单从木陶瓷特殊的孔隙结构上来研究的更少。本文的主要研究内容如下：(1)通过现有的工艺技术制备木陶瓷试样,获取木陶瓷电镜扫描下的多孔隙结构SEM图,运用MATLAB里的图像处理工具箱以及统计学理论对木陶瓷的孔隙结构特征进行量化,进行灰度显示、直方图均衡化等获取清晰的木陶瓷孔隙结构灰度图,分别对其孔隙结构周长和面积以及面积占有率表征,获得了对多孔隙材料的表征方法；(2)基于其孔隙结构特征建立木陶瓷微凹坑的流体动力学方程即通过压力控制方程与润滑膜膜厚方程联立得到压力分布方程,确定了适合于木陶瓷孔隙结构特征方程的边界条件；(3)利用FLUENT,取一组几何参数值分别建立了表征木陶瓷孔隙结构的三维微凹坑模型：单个圆柱形微凹坑控制单元模型、单个月牙形微凹坑控制单元模型、圆柱形与月牙形微凹坑的阵列控制单元模型。通过划分模型的流体网格,设定求解条件做流场分析,分别输出三个模型内外流场区域内的流动情况以及压力分布。得到了不同单微凹坑的结构参数下的动压以及速度分布,每一个结构参数对动压分布都存在显著影响；基于圆柱形与月牙形微凹坑的阵列控制单元模型,改变影响其动压润滑性能的因素(如面积占有率及孔隙结构凹坑半径及孔隙结构的凹坑深度),获取了不同几何参数下的动压分布,分析得到了木陶瓷结构几何参数对动压润滑性能的影响规律。终上所述,本文从木陶瓷的孔隙结构出发,对木陶瓷几何特征参数如孔径、孔深、面积占有率进行表征,并且针对不同几何参数下的孔隙结构的流体动压进行研究,得出不同木陶瓷几何特征参数下的流体动压分布及其结构特征参数对流体动压的影响关系,可以指导木陶瓷的制备。
【关键词】：木陶瓷 流体动压润滑 多孔结构 表征
【学位授予单位】：中南林业科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ174.1;TH117
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-16
• 1.1 选题背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究进展10-14
• 1.2.1 从制备工艺的角度10
• 1.2.2 从润滑条件与强化处理技术的角度10-11
• 1.2.3 从孔隙结构角度11-14
• 1.3 主要研究内容14-16
• 2 木陶瓷孔隙结构表征16-31
• 2.1 木陶瓷试样制备以及电镜扫描16-18
• 2.2 SEM图像处理18-23
• 2.2.1 用imshow函数显示图像18-19
• 2.2.2 用histep函数处理图像直方图均衡化19-22
• 2.2.3 获取清晰的木陶瓷多孔隙结构灰度图22-23
• 2.3 孔隙结构表征23-30
• 2.3.1 孔隙结构的像素表征23-27
• 2.3.2 孔隙结构的几何参数表征27-30
• 2.4 本章小结30-31
• 3 木陶瓷流体动压润滑数值模型的建立及边界条件31-40
• 3.1 流体连续方程和动力学方程31-32
• 3.2 基于木陶瓷孔隙几何特征参数的流体动力学方程的建立32-38
• 3.2.1 木陶瓷孔隙结构流体动压形成机理32-34
• 3.2.2 木陶瓷孔隙结构控制单元格34
• 3.2.3 木陶瓷孔隙结构的润滑膜压力控制方与膜厚方程34-38
• 3.3 木陶瓷润滑膜压力分布控制方程的边界条件38-39
• 3.4 本章小结39-40
• 4 木陶瓷单微孔的动压流场分布40-55
• 4.1 木陶瓷单微孔流场模型建立与求解41-50
• 4.1.1 创建流场几何模型41-42
• 4.1.2 单微孔流体网格划分42-47
• 4.1.3 单微孔流场解算求解及后处理47-48
• 4.1.4 流场云图48-50
• 4.2 木陶瓷单微孔流场动压分布50-53
• 4.3 本章小结53-55
• 5 木陶瓷孔隙结构参数对微孔系内的动压分布影响55-66
• 5.1 木陶瓷流体动压润滑模型建立55-57
• 5.1.1 圆柱形与月牙形微凹坑阵列流体网格划分55-56
• 5.1.2 模型结构几何参数值设定56-57
• 5.2 木陶瓷几何参数取值变化对压力分布的影响57-65
• 5.2.1 木陶瓷凹坑面积占有率57-60
• 5.2.2 木陶瓷凹坑深径比60-62
• 5.2.3 木陶瓷凹坑分布62-65
• 5.3 木陶瓷孔隙结构参数对其动压润滑性能的影响65
• 5.4 本章小结65-66
• 6 总结与展望66-69
• 6.1 总结66
• 6.2 展望66-69
• 参考文献69-75
• 附录75-76
• 致谢76

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本文编号：643050