【摘要】：摩擦學問題由來已久。大量的工程經驗和實驗分析表明,影響滑動摩擦力的因素包括摩擦層材料的物理化學特性,表面形貌和工作環(huán)境等。因此,很難形成普遍適用的摩擦定律。在機械傳動中為了滿足不同的要求,摩擦力常常需要被調整。例如減小摩擦力可以節(jié)能提效,如軸承、齒輪機構;增大摩擦力可以傳遞轉矩和耗能,如摩擦阻尼器。摩擦力無處不在,如果能控制摩擦力的變化,將拓寬摩擦力的利用空間。本研究的目的是研究表面結構對摩擦力的影響,通過設計表面結構賦予接觸界面特定滑動摩擦特性。主要研究內容如下:(1)研究接觸表面結構變形對摩擦力的影響,對植物葉子和泡沫材料之間的摩擦特性進行了測試分析。實驗結果表明,隨著法向載荷的增加,斑種草和構樹葉子表面的刺狀結構發(fā)生變形,從而影響滑動摩擦力,使其在特定階段隨法向力增加而減小,呈現(xiàn)“反�！蹦Σ列袨�。基于實驗結果,建立了“棒棒糖”狀表面結構的力學模型,并利用3D打印制備了彈性試件,以試驗驗證了摩擦力隨正壓力負增長的機理。(2)基于摩擦力與真實接觸面積成正比的理論,設計、制備了包含多個球面接觸區(qū)域的表面結構并進行了摩擦力測試。該結構隨著法向載荷的增大發(fā)生變形,引起接觸區(qū)域的切換。根據赫茲接觸理論,試件與剛硬平面基底接觸中,球面曲率半徑減小時真實接觸面積變小,摩擦力因而降低。實驗驗證了通過改變真實接觸面積調控摩擦力的可行性。實驗同時也證明,在接觸區(qū)域表面結構上設計次級結構調節(jié)表面粗糙度,也可以實現(xiàn)摩擦力隨正壓力負增長。(3)利用動力學模擬研究接觸面相對滑動時的摩擦特性。有限元計算表明,表面結構的剛度影響滑動面接觸區(qū)域的變形,因此優(yōu)化表面結構的剛度可以達到降低摩擦力的目的。數(shù)值分析顯示,物體在彈性表面上滑動時,因能量守恒,滑動摩擦力在特定條件下會改變方向,助推滑塊加速運動。本研究探究了表面結構和滑動摩擦力之間的關系,通過實驗、仿真和理論分析,驗證了以控制結構形變、改變真實接觸面積、調節(jié)結構剛度等方式調控摩擦特性的可行性,研究結論對摩擦設計具有指導意義。
【圖文】：

接觸區(qū)域的不同位置上會發(fā)生不同程度的變形，法向壓力圖 1-1 滑動摩擦機理[11]Fig. 1-1 Sliding friction mechanism

1 緒論時間依賴的；摩擦學行為是多個學科間強耦合結果[18,19]。摩擦運動并非平穩(wěn)的連續(xù)滑動，會發(fā)生不同程度的黏滑運動(stick-s是摩擦過程中摩擦副接觸界面碰撞-分離的動態(tài)過程，表面形貌是變形最重要的因素，在滑動摩擦過程中，，研究表面形貌對接觸黏著重要。
【學位授予單位】：西南科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TH117

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本文編號：2619182