【摘要】：摩擦副接觸表面的微納觀形貌與接觸特性直接影響著摩擦接觸表面間的摩擦學(xué)行為。隨著納米加工技術(shù)的進(jìn)步,零部件的尺寸進(jìn)入到納米尺度,使得表面的微觀形貌對接觸表面之間摩擦磨損特性的影響更為凸顯出來。工程表面結(jié)構(gòu)往往呈現(xiàn)出分形的特征,但納觀尺度下,模型由原子堆疊而成,模型的表面結(jié)構(gòu)變得不再連續(xù),直接利用分形理論建立粗糙表面的方法在這個尺度下失效了。而將納觀粗糙表面簡化為光滑表面或規(guī)則的幾何形狀,將造成實際表面諸多重要信息的丟失�；诖�,本文對納觀分形表面的數(shù)字化表征方法進(jìn)行了研究和實驗驗證,給出了建模參數(shù)的確定方法,并利用建立的模型進(jìn)行了納觀粗糙表面與剛性平面的接觸分析。文中提出了一種刪除原子法,通過對納觀分形粗糙表面信息的離散傅里葉變換與濾波處理,實現(xiàn)了納觀下分形粗糙表面模型的建立,給出了建模與分析的完整流程,并通過實驗驗證了這一方法的有效性;在此基礎(chǔ)上,利用疊加原理實現(xiàn)了納觀分形粗糙曲面的表征。研究得到,未經(jīng)過濾波處理的納觀分形表面模型在模擬過程中會出現(xiàn)懸浮原子團而造成模型無法用于模擬中,濾波可以改善這一情況,但濾波器的通帶半徑D0對表面粗糙特性有較大的影響。D0越小,其生成的表面在能量最小化和弛豫后的Sa、Sq以及微凸體的高度分布就越穩(wěn)定;另一方面,隨著D0的減小,表面的分形維數(shù)也會逐漸減小,表面的粗糙細(xì)節(jié)就丟失越嚴(yán)重。為了得到具有較多分形特征且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的納觀分形模型,需要對表面參數(shù)的變化進(jìn)行綜合考慮。基于上述的建模與分析理論,論文中建立了分形粗糙基底與剛性平面的分子動力學(xué)模型,研究了納觀分形模型與剛性平面的接觸行為。研究顯示,納觀分形模型在弛豫后,其微凸體內(nèi)會出現(xiàn)大量的晶體缺陷,缺陷的形式主要以線缺陷、堆垛層錯為主,另外部分單微凸體的頂端出現(xiàn)了林位錯。由于微凸體的高度服從于高斯分布,在剛性平面壓入微凸體的過程中,接觸面積的變化呈現(xiàn)出連續(xù)性,而不會出現(xiàn)突變,因而接觸力的變化也呈現(xiàn)出這種連續(xù)性;接觸力與接觸面積的無量綱關(guān)系近似于指數(shù)形式。接觸過程中,存在著小接觸點相互合并形成大接觸點的情況,這種合并可以緩解粗糙峰中心的應(yīng)力。對粗糙基底近表層應(yīng)力的分析顯示,應(yīng)力集中區(qū)域主要位于兩種位置:一種是初始高度較高的微凸體附近,另一種則位于原粗糙峰分布較為密集的峰谷處。本文研究結(jié)果將有助于建立更為貼近真實工況的納觀接觸摩擦模型,為揭示納觀下的摩擦磨損機理奠定了一定的基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：福州大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TH117
【圖文】：

灸），貝１Ｊ將該原子的坐標(biāo)信息如《（９，１），Ｊ如《（９，２），輸出到原逡逑子的模型文件，否則不輸出（即意味著的原子被刪除）。這一數(shù)學(xué)過程描逡逑述在圖３－３中。逡逑２５逡逑

（ａ）規(guī)則形狀邐（ｂ）任意形狀逡逑圖３－２面心立方二維納觀模型逡逑為了得到更為一般的建模方法，對上述過程整理可得：通過給定的ｈ邋Ｖ坐逡逑標(biāo)，確定出相應(yīng)的原子列，這些原子有著相同的ｘ、＿ｙ坐標(biāo)和不同的ｚ坐標(biāo)，按逡逑給定的輸入函數(shù)（如上文中的２0，ｙ）邋Ｓ邋＿ｘ邋＋邋３７）得到對應(yīng)Ｚ向的高度２（ｘ，＞０，將逡逑模型中Ｚ方向的坐標(biāo)值大于２（Ｘ，ｙ）的原子從模型中刪除即完成一次移除操作，通逡逑過遍歷Ｘ、的值，即可得到符合輸入函數(shù)特征的表面形貌。逡逑據(jù)此可以得到復(fù)雜納觀粗糙表面模型的建立方法：逡逑根據(jù)晶體的晶胞類型創(chuàng)建出符合晶體特性的基底，設(shè)基底的總原子數(shù)為逡逑Ｍｗ。？，建立一個ｉＶａｔｏｍ＞＜３的數(shù)組將基底的所有原子存入該數(shù)組，數(shù)組逡逑的第一個位置用于存儲原子的；ｃ坐標(biāo)

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本文編號：2725483