基于弹性振子模型的界面摩擦黏滑行为研究

发布时间：2017-09-30 18:36

  本文关键词：基于弹性振子模型的界面摩擦黏滑行为研究

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【摘要】：随着微机电系统和储存装置的发展,越来越多的机械系统运转部件处于界面摩擦状态,微观摩擦行为不仅影响系统的使用性能,同时也将影响系统的使用寿命。由于微观摩擦状态的摩擦特性与宏观摩擦状态的摩擦特性显著不同,因此,对微观摩擦行为的研究与控制变得尤为重要。本文通过建立微观摩擦模型,主要分析了滑动速度、材料参数、等重要参数对界面摩擦黏滑行为的影响。 首先,基于能量非连续耗散观点,建立了界面摩擦黏滑行为的动力学模型,仿真计算表明：黏滑行为不仅与原子间横向刚度系数、原子质量与晶格常数等系统内部参数有关,而且还与滑动部件的质量、滑动速度等外界参数有关。材料的原子间横向刚度系数、原子质量、晶格常数、滑动机构质量越小、相对滑动速度越大,黏滑行为越显著。 然后,基于Lennard-Jones (L-J)势理论,建立了界面摩擦黏滑行为的非线弹性振子模型。仿真计算表明：摩擦界面单个原子受到的激励力与原子间作用势及晶格常数有关,质块的黏滑行为与激励力、相对滑动速度、质块质量、系统刚度系数、阻尼系数及真实接触面积等内外因素有关。相对滑动速度或真实接触面积增大时,黏滑强度增强,而质块质量、系统刚度系数、系统阻尼系数增大时,黏滑强度减弱；系统刚度系数、系统阻尼系数增大时,黏滑频率增大,而质块质量增大时,黏滑频率减小；真实接触面积对黏滑频率的影响不显著。 随后,基于摩擦界面微结构与界面温度的关系,建立了界面摩擦过程中界面原子热振动的温升模型。研究结论表明：考虑原子质量单因素时,原子质量的变化抑制了摩擦界面温升,且界面温度愈高抑制作用愈显著；综合考虑原子质量及原子固有频率影响因素时,在相对滑动速度较小且界面温度较低的情况下,原子质量的变化对摩擦学激活作用很小,而在相对滑动速度较高且界面温度较高时,原子质量对摩擦界面的温升具有较为明显的正向激活作用；晶格常数随温度变化的特性对摩擦学过程具有反向抑制作用,且摩擦界面晶体热膨胀系数越大,其抑制作用愈显著。 最后利用原子力显微镜实验分析了云母、单晶硅片以及石英在界面摩擦条件下表面摩擦力的变化规律,通过实验结果与本文所提理论结论的对比,证明所提出的理论和方法可行。
【关键词】：界面摩擦 黏滑 非线弹性振子模型
【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】：2014
【分类号】：TH117.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-23
• 1.1 引言9-10
• 1.2 微观摩擦学的研究进展10-21
• 1.2.1 界面摩擦研究现状10-11
• 1.2.2 黏滑行为研究现状11-20
• 1.2.3 纳米摩擦测试仪器研究进展20-21
• 1.3 课题意义与研究内容21-23
• 1.3.1 课题意义21-22
• 1.3.2 论文的主要研究内容22-23
• 2 基于线弹性振子的界面摩擦黏滑行为动力学研究23-33
• 2.1 引言23
• 2.2 MATLAB仿真软件23-24
• 2.3 界面摩擦晶格振动与摩擦能量非连续耗散24-25
• 2.4 摩擦力脉冲计算模型25-26
• 2.5 原子受迫振动温度计算26-28
• 2.6 黏滑行为动力学建模28-29
• 2.7 黏滑行为分析与讨论29-31
• 2.8 本章小结31-33
• 3 基于非线弹性振子的界面摩擦黏滑行为动力学分析33-45
• 3.1 引言33
• 3.2 龙格-库塔法与离散傅里叶变换33-34
• 3.3 非线弹性振子模型34-37
• 3.4 黏滑行为动力学仿真分析37-44
• 3.5 本章小结44-45
• 4 界面摩擦热效应影响研究45-51
• 4.1 引言45
• 4.2 原子热振动温升模型45-46
• 4.3 温度对摩擦学过程激活机制分析46-49
• 4.3.1 原子热振动速度的影响46-47
• 4.3.2 原子固有频率变化的影响47-48
• 4.3.3 晶格常数变化的影响48-49
• 4.4 本章小结49-51
• 5 界面摩擦黏滑行为实验研究51-57
• 5.1 引言51
• 5.2 AFM实验装置与方法51
• 5.3 AFM工作原理51-53
• 5.4 实验仪器和试样53-54
• 5.5 实验结果与分析54-56
• 5.6 本章小结56-57
• 6 结论与展望57-60
• 6.1 结论57-58
• 6.2 本文的创新点58
• 6.3 展望58-60
• 参考文献60-68
• 附录 (部分仿真程序)68-79
• 攻读学位期间的主要学术成果79-80
• 致谢80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

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本文编号：949827