基于彈性振子模型的界面摩擦黏滑行為研究.pdf

1、StudyonTheStick—slipofInterfacialFrictionBasedonTheNon1inear0scillatorPENGYuall吐engAthesissubmittedinparcialsatisfactionoftheRequirementsfortIledegreeofMasterofEngineerir喀lnMechanicalManufIactLlreandAutomation1nCentralSo

2、umUnjvers時ofFores時andTechnology498ShaoshanSoumRoad，TianxinDis研ctChallgshaHunm410004，PRCⅡNASupervisorProfessorGONGZhonglia工19april，2014摘要隨著微機(jī)電系統(tǒng)和儲存裝置的發(fā)展，越來越多的機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)部件處于界面摩擦狀態(tài)，微觀摩擦行為不僅影響系統(tǒng)的使用性能，同時也將影響系統(tǒng)的使用壽命。由于微觀摩擦狀態(tài)的摩擦特性與

3、宏觀摩擦狀態(tài)的摩擦特性顯著不同，因此，對微觀摩擦行為的研究與控制變得尤為重要。本文通過建立微觀摩擦模型，主要分析了滑動速度、材料參數(shù)、等重要參數(shù)對界面摩擦黏滑行為的影響。首先，基于能量非連續(xù)耗散觀點(diǎn)，建立了界面摩擦黏滑行為的動力學(xué)模型，仿真計(jì)算表明：黏滑行為不僅與原子間橫向剛度系數(shù)、原子質(zhì)量與晶格常數(shù)等系統(tǒng)內(nèi)部參數(shù)有關(guān)，而且還與滑動部件的質(zhì)量、滑動速度等外界參數(shù)有關(guān)。材料的原子間橫向剛度系數(shù)、原子質(zhì)量、晶格常數(shù)、滑動機(jī)構(gòu)質(zhì)量越小、相對滑

4、動速度越大，黏滑行為越顯著。然后，基于LeIulardJones(LJ)勢理論，建立了界面摩擦黏滑行為的非線彈性振子模型。仿真計(jì)算表明：摩擦界面單個原子受到的激勵力與原子間作用勢及晶格常數(shù)有關(guān)，質(zhì)塊的黏滑行為與激勵力、相對滑動速度、質(zhì)塊質(zhì)量、系統(tǒng)剛度系數(shù)、阻尼系數(shù)及真實(shí)接觸面積等內(nèi)外因素有關(guān)。相對滑動速度或真實(shí)接觸面積增大時，黏滑強(qiáng)度增強(qiáng)，而質(zhì)塊質(zhì)量、系統(tǒng)剛度系數(shù)、系統(tǒng)阻尼系數(shù)增大時，黏滑強(qiáng)度減弱；系統(tǒng)剛度系數(shù)、系統(tǒng)阻尼系數(shù)增大時，黏滑

5、頻率增大，而質(zhì)塊質(zhì)量增大時，黏滑頻率減??；真實(shí)接觸面積對黏滑頻率的影響不顯著。隨后，基于摩擦界面微結(jié)構(gòu)與界面溫度的關(guān)系，建立了界面摩擦過程中界面原子熱振動的溫升模型。研究結(jié)論表明：考慮原子質(zhì)量單因素時，原子質(zhì)量的變化抑制了摩擦界面溫升，且界面溫度愈高抑制作用愈顯著；綜合考慮原子質(zhì)量及原子固有頻率影響因素時，在相對滑動速度較小且界面溫度較低的情況下，原子質(zhì)量的變化對摩擦學(xué)激活作用很小，而在相對滑動速度較高且界面溫度較高時，原子質(zhì)量對摩擦界