摩擦能量耗散的統(tǒng)計熱力學(xué)初步研究.pdf

1、摩擦是典型的非平衡態(tài)不可逆過程，摩擦中機械能到熱能的轉(zhuǎn)變是能質(zhì)降低的能量耗散過程。運用分子動力學(xué)方法研究摩擦的能量耗散機制是揭開摩擦本質(zhì)的有效途徑，也是納米摩擦學(xué)領(lǐng)域研究的難點。統(tǒng)計熱力學(xué)中的熵函數(shù)是表征熱力學(xué)系統(tǒng)不可逆過程演化方向的特征參量，將熵函數(shù)應(yīng)用于摩擦學(xué)的研究中，可以實現(xiàn)摩擦過程中不同量綱影響因素的統(tǒng)一。本文的研究是在摩擦熱力學(xué)體系下，結(jié)合有限元和分子動力學(xué)方法，對摩擦狀態(tài)下的熵變做定性分析，以證明這一過程的能量耗散性。

2、>　　 本文先用有限元的方法對彈簧振子模型進行了瞬態(tài)動力學(xué)分析。從振子的位移、速度、動能和勢能的角度詳細分析了振子的運動規(guī)律，并從彈性波的角度來推導(dǎo)這一過程的能量耗散即熵增性質(zhì)。把振子按動能值劃分到不同的能量區(qū)間中，從統(tǒng)計分布角度初步分析了系統(tǒng)微觀狀態(tài)的變化。使用分子動力學(xué)的方法對金剛石晶體模型進行了研究。在模型上施加正壓力和切向力來近似模擬摩擦作用力，觀察其動態(tài)響應(yīng)情況。對動能進行統(tǒng)計分布分析來研究系統(tǒng)微觀狀態(tài)數(shù)的變化和能量耗散過程

3、。并分析了系統(tǒng)總動能、總勢能和內(nèi)能的變化規(guī)律。主要結(jié)論是：
　　 1.在外力作用下，彈簧振子的運動表現(xiàn)出了彈性波的特性。所有振子的位移隨著時間的推移呈現(xiàn)周期性的波動，且在大的周期性運動中個體振子具有微小的振動，原因可能是原子間的相互作用。彈性波是能量傳播的載體，從理論上可以近似證明彈性波的傳播是熵增加的過程。2.對彈簧振子和金剛石原子的動能進行區(qū)間分布統(tǒng)計分析可知，一個動力學(xué)系統(tǒng)元素的能量狀態(tài)分布都具有一定的規(guī)律性，樣本空間越大