顆粒流潤(rùn)滑的多尺度動(dòng)力學(xué)及剪切膨脹承載機(jī)制研究.pdf

1、顆粒流潤(rùn)滑是根據(jù)顆粒物質(zhì)系統(tǒng)理論提出的一種新型的潤(rùn)滑方式，其基本的設(shè)計(jì)思路是將不黏附的硬質(zhì)固體顆粒作為潤(rùn)滑介質(zhì)導(dǎo)入到摩擦副間隙中，在潤(rùn)滑過(guò)程中利用固體顆粒之間的相互碰撞、滑動(dòng)、摩擦和滾動(dòng)等微觀運(yùn)動(dòng)，以及顆粒自身的彈性變形，減小摩擦副表面之間的相互接觸面積，從而實(shí)現(xiàn)減小摩擦和起到保護(hù)摩擦副的目的。該潤(rùn)滑方式環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，可以靜態(tài)承載。對(duì)其研究掌握它的多尺度動(dòng)力學(xué)特性和剪切膨脹承載機(jī)制，不僅具有重要的基礎(chǔ)科學(xué)意義，而且具有實(shí)際的工程應(yīng)用價(jià)值

2、。
　　首先，基于二元碰撞假設(shè)理論建立的碰撞顆粒流潤(rùn)滑控制方程和邊值條件，對(duì)碰撞顆粒流潤(rùn)滑的流態(tài)進(jìn)行了數(shù)值模擬研究。數(shù)值分析結(jié)果表明:顆粒潤(rùn)滑介質(zhì)在剪切運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的波動(dòng)是引起固體體積分?jǐn)?shù)、波動(dòng)速度和摩擦系數(shù)變化的最重要的因素，主要三體參數(shù)的變化會(huì)改變顆粒潤(rùn)滑介質(zhì)的波動(dòng)趨勢(shì)，從而引起固體體積分?jǐn)?shù)、波動(dòng)速度和摩擦系數(shù)發(fā)生改變。
　　其次，采用離散單元法構(gòu)建了密集顆粒流潤(rùn)滑的理論研究模型，對(duì)顆粒潤(rùn)滑介質(zhì)的速度波動(dòng)和自擴(kuò)散特性、動(dòng)力

3、學(xué)特征、力鏈特征、剪切膨脹現(xiàn)象及承載的力學(xué)機(jī)制進(jìn)行了研究。主要研究結(jié)果表明:顆粒潤(rùn)滑介質(zhì)的平均速度和波動(dòng)速度的變化趨勢(shì)相反;接觸力和接觸角均按冪函數(shù)規(guī)律變化，并且法向接觸力的大小要遠(yuǎn)遠(yuǎn)的大于切向接觸力;顆粒潤(rùn)滑介質(zhì)的動(dòng)力學(xué)行為具有阻塞態(tài)、準(zhǔn)靜態(tài)流、慢速流和快速流四種狀態(tài);顆粒潤(rùn)滑介質(zhì)在剪切運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的剪脹率隨時(shí)步的變化服從二次多項(xiàng)式規(guī)律，整體的剪切膨脹程度會(huì)隨著剪切速度的增大而減小，壓力載荷的減小而增大;顆粒潤(rùn)滑介質(zhì)剪切膨脹過(guò)程中產(chǎn)生的

4、法向作用力也可以有效承載，且承載能力隨著剪切速度的增大而減弱，壓力載荷的增大而增強(qiáng)等。
　　最后，利用端面摩擦試驗(yàn)機(jī)和石墨顆粒對(duì)密集顆粒流潤(rùn)滑開展的粘滑運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)研究表明，運(yùn)動(dòng)摩擦副與顆粒潤(rùn)滑介質(zhì)間的宏觀摩擦系數(shù)與顆粒潤(rùn)滑介質(zhì)間形成的細(xì)觀力鏈密切相關(guān)，細(xì)觀力鏈的演變規(guī)律決定宏觀摩擦系數(shù)的變化和演變，而運(yùn)動(dòng)摩擦副與顆粒潤(rùn)滑介質(zhì)間的宏觀摩擦系數(shù)可以視為細(xì)觀力鏈變化趨勢(shì)的宏觀外在反映;顆粒潤(rùn)滑介質(zhì)的流變特性會(huì)隨著剪切速度和壓力載荷的增大逐