摩擦界面微区受限颗粒体非稳态行为特性的研究

发布时间：2020-04-13 05:13

【摘要】：颗粒物质界面的非稳态性,是微观尺度下的重要研究方向,它往往直接影响宏观力学响应,宏观摩擦系数的非线性变化。在土力学和摩擦学领域有着重要的研究价值和意义。本课题的研究背景是基于受限空间下的颗粒非稳态行为特征,由于微观颗粒运动的复杂性很难用实验进行观测,所以采用有限元技术对界面颗粒力学行为展开深入性研究,并对颗粒在受限空间内的力链形态变化与颗粒微观运动方式做初步的探索。首先,本文建立了界面受限空间内颗粒体的二维有限元模型,模拟颗粒在不同受压载荷下,不同接触摩擦系数以及下表面不同速度下的运动过程。结果表明:颗粒与下表面接触摩擦力的最大值随着载荷的增加是逐渐增加的,并且摩擦力一直处于波动的状态,是非稳态的一种表现形式。摩擦力与速度并不是成正比关系,而是存在类似“两极分化”的规律,即高速和低速下,摩擦力都相对较大,而中等速度下,摩擦力较小。其次,为了更清晰的反映颗粒的非稳态特性,本文还分析了速度,载荷,摩擦系数对颗粒以及上下表面的速度位移波动影响。在剪切阶段,颗粒位移开始不断增加,随着载荷的增大,颗粒之间的位移差越来越大。颗粒的运动是无规律逐渐加剧。不同载荷下,弹性颗粒的速度波动都呈现出两端波动较为剧烈,中间波动微弱。此外,摩擦系数对上表面在x轴方向的位移波动成“W”型趋势,但摩擦系数的改变对位移的波动变化影响较小。随着速度的增大,下表面位移波动加剧,频率增高。速度对颗粒位移的影响也呈现“两极分化”。模型的摩擦耗散能和动能基本上与受压载荷和滑移速度成正比关系。能量的耗散主要是由于力链的能量变化,颗粒的滑动和转动导致了周围颗粒发生滑移或转动,从而使得强力链减弱或者断裂。而动能的增加基本对应着弹性势能的释放,动能变化激烈时,剪切带开始出现。载荷较小以及速度较小和较大时都会对颗粒的非稳态性造成不利的影响,而较大载荷和速度较大但不达到一定程度时都可以使得受限空间内的颗粒较好的隔绝表面之间的微凸体接触,达到润滑的效果,颗粒的非稳态性也较弱。在实际工程应用中,适当的调节受压表面的承载以及界面之间的相对滑动速度可以达到最佳稳态性。最后对颗粒的力链形态演变与颗粒微观运动方式进行了初步探究。“U型”力链和环状力链类似,都是极不稳定的。而被较多的弱力链包围的强力链处于相对稳定的结构当中。同时,颗粒在剪切带中的旋转运动方式也符合颗粒的接触运动模型。
【图文】：

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力链 (b) DEM 数值模图 1.1 颗粒物质体系中的力链网络Fig 1.1 Force chain in granular media system家 Gennes 和 Kadanoff 对颗粒物质的认识作这一范畴内，到如今的认知程度只能与于 Kadanoff却认为颗粒物质不能用简单的流体行为到目前为止都没有得到很清晰很明确的单一的固体体系，也不是纯粹的流体体系，者通过研究积累，开始明确把颗粒体系划分所示。单个颗粒是微观尺度上组成颗粒体系本单元组成的相对稳定的结构；而整个颗粒物质多尺度方法的难点和重点就是颗粒-力

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图 1.3 三体摩擦界面区域分布示意图Fig 1.3Area distribution of three-body friction interface是因为会加剧界面摩擦副的磨损而提出来的，但是随着人，摩擦副中的第三体不单单会起到不利的作用，在某些情况可以稳定或降低摩擦副的宏观摩擦系数，附着在第一体上体之间的磨损具有很好的效果，这对工程应用产生着重大开始有目的的人为在摩擦副间隙导入适量的粉末颗粒从而说，通过颗粒与颗粒之间的作用力是否仅限于斥力，，可以把干颗粒(dry granular)和湿颗粒(wet granular)。作为干颗粒物存在粘性力的作用[29]。通常在摩擦学领域，我们所研究的可以看作为干颗粒。颗粒体相关的实验研究
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O347.7

【参考文献】