受限颗粒体引发混合摩擦非线性的研究现状与展望
发布时间：2021-09-17 05:17
机械摩擦界面中多多少少存在一些受限颗粒体,这些受限颗粒体和复杂的微凸体接触,并与局部液体润滑膜共同形成了具有明显非线性的混合摩擦状态。受限颗粒体在机械副中的行为往往处于介观尺度,并且形式多样、机理复杂。首先阐述了摩擦非线性在机械摩擦副中的体现以及受限颗粒体在此问题中的机理,并概括了受限颗粒体在不同界面条件下可能起到的减摩、增摩、诱发噪声或摩擦力不稳定性等作用。针对混合摩擦状态下的受限颗粒体引发的摩擦非线性问题,对不同应用背景的含受限颗粒体的摩擦界面的实验研究,包括颗粒Couette流剪切实验、粉末层SEM观察实验、外来颗粒以及磨损颗粒实验,进行了归纳,并对摩擦界面内受限颗粒体实验研究的空白和难点进行了总结。针对受限颗粒体在摩擦界面中的行为的建模研究,包括FEM、DEM以及动力学建模,分析了各种建模方法的优劣,并提出了未来建模工作的趋势。最后,对受限颗粒体诱发的机械副的黏滑和爬行现象的机理进行了分析,并阐述了其研究意义。
【文章来源】：表面技术. 2020,49(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
宏观机械系统的不稳定、介观颗粒集体的流变问题以及微观力链结构之间的关系
现有的FEM或DEM建模大多基于商业软件，在现有的含受限颗粒体的摩擦界面的模拟中，虽然其建模过程较为简单，但是无法实现复杂的颗粒间作用的模拟，例如粉末在潮湿环境下粘连、颗粒破裂等。模型的摩擦力对预设定中的摩擦系数-速度（或温度）关系设定有较强的依赖性，无法更深入地探究摩擦力与接触之间的关系。和FEM-DEM建模相比，受限颗粒体诱发的摩擦非线性的动力学建模具有简明性、实用性的特点。基于摩擦非线性的建模，通常有两种方法：第一种是基于摩擦非线性的动力学现象的经验性建模，第二种是从接触出发的接触模型。在Andy等人[37-38]的总结中，第一种模型能够较好地应用到机械系统的控制系统中，如何运用较少的参数、较为简明的方程来表达摩擦非线性现象，是相关摩擦学学者以及机械工程师的首要目标。例如杨斌[24]通过颗粒流润滑下的钢（45号）-铸铁（HT250）摩擦副摩擦测试试验，得出了颗粒流润滑下的速度-摩擦系数Stribeck曲线，并将其引入Lugre模型框架建立了经验性模型。但是用经验性模型来表达含受限颗粒体的摩擦界面的非线性现象，需要大量的实验数据进行曲线拟合并缺乏直观性。
在实际机械副界面中，磨损第三体颗粒具有丰富且复杂的形态和分布。Descartes等人[22]对含MoS2涂层的磨损第三体的微观形态进行观察，发现磨损第三体颗粒在摩擦界面中，在接触区域以外分布较为松散，但在接触区域内存在内部流、进入流、逃逸流等多种运动形式，并依此提出了“第三体摩擦学循环”的概念，这一概念是含循环受限颗粒流摩擦界面建模的必要前提之一。Filippov等人[23]在研究铜-铁摩擦副的理化分析中，发现第三体颗粒在其磨损过程以及混合层的破坏中起到了重要的作用。杨斌[24]在观察粉末润滑下高强钢成形过程中，较低的摩擦速度容易导致粉末润滑层受到严重的破坏（图2），并发现粉末润滑剂和磨损颗粒会分散在磨损产生的沟壑中，诱发强烈的摩擦非线性。在表面织构中，受限颗粒体既能够起到减摩减噪的作用，也能起到增强摩擦非线性的作用。Xu等人[25]发现少量的受限磨损颗粒能引发明显的噪声和振动，并发现使用电磁场能够有效地去除表面磨损颗粒。Wang等人[26]研究了在均匀分布的表面微织构中的受限颗粒体引发的摩擦非线性，发现颗粒的材料性质是决定其是否能够起到对摩擦界面的稳定作用的重要因素。田明等人[27]对石墨粉末润滑下的摩擦界面的粉末边界层进行观察，并研究了载荷、速度、粉末厚度等因素对石墨粉末润滑效果的影响。Yang等人[9]研究了沙粒沉积对金属表面的影响，发现进入表面沟壑中的沙粒能够起到一定的减摩作用[9]。学者对摩擦界面中的受限颗粒体的研究，主要集中于受限颗粒体对表面的破坏以及对平均摩擦力的影响，却很少有关于受限颗粒体引发的摩擦非线性的实验研究。
【参考文献】：
期刊论文
[1]界面黏滑摩擦现象的研究进展[J]. 宋保江,阎绍泽. 中国机械工程. 2017(13)
[2]粉末润滑界面边界层状态微观形态观察和分析[J]. 田明,王超,杨斌,刘焜. 表面技术. 2017(06)
本文编号：3398044
【文章来源】：表面技术. 2020,49(05)北大核心EICSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
宏观机械系统的不稳定、介观颗粒集体的流变问题以及微观力链结构之间的关系
现有的FEM或DEM建模大多基于商业软件，在现有的含受限颗粒体的摩擦界面的模拟中，虽然其建模过程较为简单，但是无法实现复杂的颗粒间作用的模拟，例如粉末在潮湿环境下粘连、颗粒破裂等。模型的摩擦力对预设定中的摩擦系数-速度（或温度）关系设定有较强的依赖性，无法更深入地探究摩擦力与接触之间的关系。和FEM-DEM建模相比，受限颗粒体诱发的摩擦非线性的动力学建模具有简明性、实用性的特点。基于摩擦非线性的建模，通常有两种方法：第一种是基于摩擦非线性的动力学现象的经验性建模，第二种是从接触出发的接触模型。在Andy等人[37-38]的总结中，第一种模型能够较好地应用到机械系统的控制系统中，如何运用较少的参数、较为简明的方程来表达摩擦非线性现象，是相关摩擦学学者以及机械工程师的首要目标。例如杨斌[24]通过颗粒流润滑下的钢（45号）-铸铁（HT250）摩擦副摩擦测试试验，得出了颗粒流润滑下的速度-摩擦系数Stribeck曲线，并将其引入Lugre模型框架建立了经验性模型。但是用经验性模型来表达含受限颗粒体的摩擦界面的非线性现象，需要大量的实验数据进行曲线拟合并缺乏直观性。
在实际机械副界面中，磨损第三体颗粒具有丰富且复杂的形态和分布。Descartes等人[22]对含MoS2涂层的磨损第三体的微观形态进行观察，发现磨损第三体颗粒在摩擦界面中，在接触区域以外分布较为松散，但在接触区域内存在内部流、进入流、逃逸流等多种运动形式，并依此提出了“第三体摩擦学循环”的概念，这一概念是含循环受限颗粒流摩擦界面建模的必要前提之一。Filippov等人[23]在研究铜-铁摩擦副的理化分析中，发现第三体颗粒在其磨损过程以及混合层的破坏中起到了重要的作用。杨斌[24]在观察粉末润滑下高强钢成形过程中，较低的摩擦速度容易导致粉末润滑层受到严重的破坏（图2），并发现粉末润滑剂和磨损颗粒会分散在磨损产生的沟壑中，诱发强烈的摩擦非线性。在表面织构中，受限颗粒体既能够起到减摩减噪的作用，也能起到增强摩擦非线性的作用。Xu等人[25]发现少量的受限磨损颗粒能引发明显的噪声和振动，并发现使用电磁场能够有效地去除表面磨损颗粒。Wang等人[26]研究了在均匀分布的表面微织构中的受限颗粒体引发的摩擦非线性，发现颗粒的材料性质是决定其是否能够起到对摩擦界面的稳定作用的重要因素。田明等人[27]对石墨粉末润滑下的摩擦界面的粉末边界层进行观察，并研究了载荷、速度、粉末厚度等因素对石墨粉末润滑效果的影响。Yang等人[9]研究了沙粒沉积对金属表面的影响，发现进入表面沟壑中的沙粒能够起到一定的减摩作用[9]。学者对摩擦界面中的受限颗粒体的研究，主要集中于受限颗粒体对表面的破坏以及对平均摩擦力的影响，却很少有关于受限颗粒体引发的摩擦非线性的实验研究。
【参考文献】：
期刊论文
[1]界面黏滑摩擦现象的研究进展[J]. 宋保江,阎绍泽. 中国机械工程. 2017(13)
[2]粉末润滑界面边界层状态微观形态观察和分析[J]. 田明,王超,杨斌,刘焜. 表面技术. 2017(06)
本文编号：3398044
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/jixiegongcheng/3398044.html
