發(fā)布時(shí)間：2018-01-09 12:32

  本文關(guān)鍵詞：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　出處：《合肥工業(yè)大學(xué)》2015年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：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。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)剪切膨脹過程中產(chǎn)生的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漸由粘滑運(yùn)動(dòng)狀態(tài)過渡為滑動(dòng)狀態(tài)。通過以上對(duì)顆粒流潤(rùn)滑系統(tǒng)的理論和試驗(yàn)研究,闡明了顆粒流潤(rùn)滑的流變機(jī)理、剪切膨脹承載機(jī)制和粘滑運(yùn)動(dòng)機(jī)理。在此基礎(chǔ)上,建立了考慮顆粒流潤(rùn)滑多尺度動(dòng)力學(xué)和剪切膨脹承載機(jī)制的顆粒流潤(rùn)滑理論。該成果一方面對(duì)顆粒流潤(rùn)滑的工業(yè)應(yīng)用與發(fā)展提供了理論支持,另一方面亦促進(jìn)了顆粒物質(zhì)力學(xué)的向前發(fā)展。
[Abstract]:Particle flow lubrication is a new type of lubrication method proposed according to the theory of particle matter system. The basic design idea is to introduce hard solid particles as lubricating medium into the friction pair clearance. In the process of lubrication, the contact area between the surfaces of friction pairs is reduced by using the micro motion of solid particles such as collision, sliding, friction and rolling, as well as the elastic deformation of particles themselves. Therefore, the purpose of reducing friction and protecting friction pair is achieved. The lubrication mode has strong adaptability to environment and can be statically loaded. Its multi-scale dynamic characteristics and shear expansion loading mechanism are studied and mastered. Not only has important basic scientific significance, but also has the practical engineering application value. First, based on the binary collision hypothesis theory, the governing equation and boundary value condition of the collision particle flow lubrication are established. The numerical simulation results show that the fluctuation of particle lubricating medium in shear motion is caused by the volume fraction of solid. The variation of main three-body parameters, the most important factor of fluctuation velocity and friction coefficient, will change the fluctuating trend of particle lubricating medium, thus causing the volume fraction of solid. The wave velocity and friction coefficient change. Secondly, the theoretical model of dense particle flow lubrication is constructed by discrete element method. The velocity fluctuation and self-diffusion characteristics of particle lubricating medium are studied. The characteristics of force chain, shear expansion phenomenon and mechanical mechanism of loading are studied. The main results show that the average velocity and fluctuation velocity of particle lubricating medium change in the opposite trend. The contact force and contact angle change according to the law of power function, and the normal contact force is far larger than the tangential contact force. The dynamic behavior of granular lubricating medium has four states: blocking state, quasi static flow, slow flow and fast flow. The shear expansion rate of granular lubricating medium in the process of shear motion varies from the quadratic polynomial law. The shear expansion degree of the whole will decrease with the increase of shear velocity and increase with the decrease of pressure load. The normal force produced in the process of shear expansion of granular lubricating medium can also be effectively loaded, and the bearing capacity decreases with the increase of shear speed and the increase of pressure load. Finally. The viscous and slip motion of dense particle flow lubricated by end friction tester and graphite particle is studied. The macroscopic friction coefficient between the moving friction pair and the particle lubricating medium is closely related to the mesoscopic force chain formed between the particle lubricating medium. The evolution law of the mesoscopic force chain determines the change and evolution of the macroscopic friction coefficient. The macroscopic friction coefficient between the moving friction pair and the particle lubricating medium can be regarded as the macroscopic external reflection of the change trend of the mesoscopic force chain. With the increase of shear velocity and pressure load, the rheological properties of particle lubricating medium will gradually change from the viscous state to the sliding state. The theoretical and experimental study on the particle flow lubrication system is carried out. The rheological mechanism, shear expansion load-bearing mechanism and visco-slip motion mechanism of particle flow lubrication are expounded. The theory of particle flow lubrication considering the multi-scale dynamics of particle flow lubrication and the mechanism of shear expansion is established, which provides theoretical support for the industrial application and development of particle flow lubrication on the one hand. On the other hand, it also promotes the development of particle mechanics.
【學(xué)位授予單位】：合肥工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH117

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本文編號(hào)：1401428