纳米油膜润滑特性的分子动力学模拟

发布时间：2017-09-03 11:34

  本文关键词：纳米油膜润滑特性的分子动力学模拟

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【摘要】：着眼于长远的可持续发展,润滑设计有利于节约能源和原材料,进而延长机械设备使用寿命并提高工作可靠性,成为机械科学的必然趋势。润滑技术就是通过在相互摩擦表面之间施加润滑剂而形成润滑膜,借以避免摩擦表面直接接触,达到减少摩擦磨损的目的。本文以膜厚处于纳米量级的柴油润滑薄膜为研究对象,对润滑薄膜的结构和润滑特性进行了一定的探讨。因为柴油的组分太过复杂,所以对柴油性质进行的模拟研究很少。 本文首先根据柴油的组分分析实验结果,使用量子力学的方法来计算了0#基础柴油中主要有机分子的结构和势能参数；并在确保柴油薄膜中链烷烃和环烷烃的比例为4：1的前提下,建立了铁衬底/柴油/铁衬底的分子模型。其次,利用分子动力学模拟方法来研究受限于两固体铁衬底之间的不同厚度的柴油薄膜的结构性质。我们详细研究了滑移过程中柴油薄膜中的原子分布和分子的链端分布状况,以此论证了界面间的分子构型特点。结果表明在薄膜润滑过程中出现了薄膜固化现象和桥接现象。 最后,对不同厚度柴油薄膜润滑过程中的摩擦力以及计算等效粘度进行了分析比较。结果表明,随着润滑油薄膜膜厚的增加,油膜受到的摩擦力是逐渐减小的,与宏观状态下的情况相类似,因而对宏观状态的研究有一定的帮助。但同时,随着润滑油薄膜膜厚的增加,润滑油薄膜的等效剪切粘度却是降低的,不同于宏观状态下的液体润滑膜的情况。 本文揭示了纳米液体润滑和宏观液体润滑的一些相似和不同之处,这些结果可对将来的纳米润滑研究有一定的指导意义。
【关键词】：分子动力学模拟 摩擦 纳米润滑 柴油
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH117.2
【目录】：

• 致谢5-6
• 中文摘要6-7
• ABSTRACT7-8
• 序8-12
• 1 绪论12-18
• 1.1 研究背景12
• 1.2 研究意义12-13
• 1.3 国内外研究现状13-15
• 1.4 论文的研究内容15-16
• 1.5 研究难点和创新点16-17
• 1.5.1 研究难点16
• 1.5.2 创新点16-17
• 1.6 本章小结17-18
• 2 分子模拟研究方法18-34
• 2.1 引言18-19
• 2.2 统计系综19-21
• 2.2.1 微正则系综20
• 2.2.2 正则系综20
• 2.2.3 等温等压系综20-21
• 2.2.4 等压等焓系综21
• 2.2.5 巨正则系综21
• 2.3 分子间作用势函数21-23
• 2.3.1 Lennard-Jones势能21-22
• 2.3.2 AMBER力场22
• 2.3.3 CHARMM力场22-23
• 2.3.4 OPLS力场23
• 2.4 周期性边界条件23-25
• 2.5 平衡态分子动力学模拟25-29
• 2.5.1 基本方程25
• 2.5.2 求解方法25-27
• 2.5.3 边界条件与初值27-28
• 2.5.4 能量、温度和压力的控制28-29
• 2.6 柔性大分子动力学模拟29-31
• 2.7 传输系数31-32
• 2.7.1 扩散系数31
• 2.7.2 剪切粘度31
• 2.7.3 导热系数31-32
• 2.8 分子动力学模拟程序32-33
• 2.9 本章小结33-34
• 3 柴油分子的建模34-44
• 3.1 引言34
• 3.2 柴油分子的组分分析34-36
• 3.3 柴油分子的建模过程36-42
• 3.3.1 理论基础36
• 3.3.2 基于量子力学理论建立有机大分子模型36-40
• 3.3.3 基于分子动力学理论建立分子动力学模型40-42
• 3.4 本章小结42-44
• 4 柴油薄膜的结构特性44-56
• 4.1 引言44
• 4.2 模拟方法和过程44-48
• 4.2.1 模型系统44-46
• 4.2.2 模拟过程46-48
• 4.3 结果和讨论48-55
• 4.3.1 正压力分布48-52
• 4.3.2 原子数密度52-54
• 4.3.3 结构54-55
• 4.4 本章小结55-56
• 5 柴油薄膜的摩擦特性56-66
• 5.1 柴油润滑过程的摩擦力分析比较56-60
• 5.1.1 单层油分子润滑56-57
• 5.1.2 双层油分子润滑57-58
• 5.1.3 三层油分子润滑58-59
• 5.1.4 三种厚度的油分子润滑对比分析59-60
• 5.2 柴油润滑过程的剪切等效粘度60-64
• 5.2.1 单层油分子润滑61
• 5.2.2 层油分子润滑61-62
• 5.2.3 三层油分子润滑62-63
• 5.2.4 三种厚度的油分子润滑对比分析63-64
• 5.3 本章小结64-66
• 6 结论和展望66-68
• 6.1 结论66-67
• 6.2 展望67-68
• 参考文献68-72
• 附录A72-106
• 作者简历106-110
• 学位论文数据集110

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 邢媛媛;焦体峰;周靖欣;周娟;李旭辉;;自组装膜技术及应用研究进展[J];电镀与精饰;2011年03期

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本文编号：784781