本文選題：彈流潤(rùn)滑實(shí)驗(yàn)　切入點(diǎn)：光彈性　出處：《華南理工大學(xué)》2014年博士論文

【摘要】：彈流潤(rùn)滑摩擦副接觸區(qū)內(nèi)部及摩擦副間油膜壓力、溫升和接觸區(qū)亞表層的應(yīng)力測(cè)量是彈流潤(rùn)滑領(lǐng)域的基礎(chǔ)問(wèn)題，研究表明雖然彈流潤(rùn)滑的理論建模及數(shù)值模擬分析水平已經(jīng)達(dá)到了很完善的水平，建立的理論模型能計(jì)算出彈流潤(rùn)滑的膜厚、壓力及溫升分布，但彈流潤(rùn)滑實(shí)驗(yàn)測(cè)量問(wèn)題尚未完全解決，彈流潤(rùn)滑接觸區(qū)的油膜壓力、溫升和接觸區(qū)亞表層的應(yīng)力分布尚無(wú)理想的測(cè)量方法。結(jié)合當(dāng)前光彈性測(cè)試技術(shù)發(fā)展，作者首次提出了用光彈性方法進(jìn)行彈流潤(rùn)滑油膜壓力分布、溫升和接觸區(qū)亞表層壓力分布測(cè)量研究。研究成果對(duì)進(jìn)一步闡明彈流油膜承載機(jī)制，揭示摩擦副的失效機(jī)理，對(duì)摩擦學(xué)設(shè)計(jì)、摩擦材料的制備及潤(rùn)滑設(shè)計(jì)的性能評(píng)價(jià)具有重要的指導(dǎo)意義。 通過(guò)對(duì)目前的彈流潤(rùn)滑膜厚測(cè)量技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行逐一分析，對(duì)彈流潤(rùn)滑的壓力和溫度測(cè)量技術(shù)進(jìn)行綜述，指出目前的彈流潤(rùn)滑測(cè)試技術(shù)主要是膜厚測(cè)量技術(shù)，而彈流潤(rùn)滑壓力測(cè)試技術(shù)存在不足。頸縮現(xiàn)象和二次壓力峰是彈流潤(rùn)滑的重要特征，而通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量頸縮和二次壓力峰也是彈流實(shí)驗(yàn)的一大難點(diǎn)，經(jīng)過(guò)眾多彈流研究科學(xué)家的努力，多年來(lái)尚無(wú)特別完善的實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法。本文首次提出應(yīng)用光彈技術(shù)，利用光彈性材料制作摩擦副，進(jìn)行彈流潤(rùn)滑壓力測(cè)量。主要研究工作包括以下幾點(diǎn)： 1)通過(guò)對(duì)光彈應(yīng)力分析理論基礎(chǔ)的介紹，分析光彈性理論中條紋級(jí)數(shù)與入射光波長(zhǎng)的關(guān)系，結(jié)合彈流潤(rùn)滑接觸區(qū)的壓力分布及尺度特點(diǎn)，從理論上證明了可以應(yīng)用光彈性技術(shù)來(lái)測(cè)量彈流潤(rùn)滑壓力。 2)搭建了彈流潤(rùn)滑光彈測(cè)量實(shí)驗(yàn)臺(tái)，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了彈流潤(rùn)滑壓力的測(cè)量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果初步證實(shí)了通過(guò)光彈性進(jìn)行彈流潤(rùn)滑壓力測(cè)試實(shí)驗(yàn)的可行性。分析了此實(shí)驗(yàn)臺(tái)存在的不足，對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)、加載方式、光源等改進(jìn)，通過(guò)對(duì)比白熾燈、熒光燈及LED照明光源的實(shí)驗(yàn)效果，確定了采用熒光燈為實(shí)驗(yàn)臺(tái)的照明光源，并引入了菲涅爾透鏡作為準(zhǔn)直鏡。 3)對(duì)不同工作壓力和滑動(dòng)、滾動(dòng)速度狀態(tài)的潤(rùn)滑壓力分布進(jìn)行了試驗(yàn)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析對(duì)比。光彈性實(shí)驗(yàn)結(jié)果的應(yīng)力條紋需要進(jìn)行定級(jí)，而彈流潤(rùn)滑應(yīng)力區(qū)的條紋級(jí)數(shù)通常較高。盡管進(jìn)行條紋定級(jí)的方法很多，但是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在進(jìn)行光彈條紋定級(jí)方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)彈流潤(rùn)滑光彈實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了條紋的定級(jí)。 4)光彈技術(shù)應(yīng)用于彈流潤(rùn)滑測(cè)量實(shí)驗(yàn)結(jié)果為應(yīng)力差，為進(jìn)一步分析，需要進(jìn)行主應(yīng)力的分離。光彈應(yīng)力分離方法包括數(shù)值法、實(shí)驗(yàn)方法和混合法等三大類，數(shù)值法主要是剪應(yīng)力差及基于LAME-MAXWELL方程的應(yīng)力分離法、解補(bǔ)償方程法；實(shí)驗(yàn)方法有：鉆孔法、斜射法、條帶法和條紋涂層法及劃線法；混合法主要是基于求等和線法的各類方法和近期出現(xiàn)的數(shù)字散斑相關(guān)法和紅外熱成像法。通過(guò)分析各種光彈應(yīng)力分離技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，指出目前大部分的光彈應(yīng)力分離技術(shù)均無(wú)法直接應(yīng)用于光彈性彈流潤(rùn)滑壓力測(cè)量實(shí)驗(yàn)，只有紅外熱成像技術(shù)可以較方便地進(jìn)行彈流潤(rùn)滑光彈實(shí)驗(yàn)主應(yīng)力的分離。 5)最后研究了基于紅外成像技術(shù)的熱應(yīng)力分析原理，總結(jié)了由紅外熱成像信號(hào)到實(shí)驗(yàn)試樣內(nèi)部應(yīng)力和的相關(guān)計(jì)算公式的推導(dǎo)。搭建了基于紅外成像技術(shù)的彈流潤(rùn)滑時(shí)變熱分析實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，采用光彈實(shí)驗(yàn)進(jìn)行純滑動(dòng)摩擦方式，，進(jìn)行了石蠟油、二甲基硅油和潤(rùn)滑脂三種不同粘度系數(shù)的潤(rùn)滑劑潤(rùn)滑下的動(dòng)載摩擦熱測(cè)量實(shí)驗(yàn)，獲得了不同載荷和滑動(dòng)線速度實(shí)驗(yàn)條件下的摩擦區(qū)表面及亞表層溫升數(shù)據(jù)。 通過(guò)對(duì)比分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以認(rèn)為實(shí)驗(yàn)結(jié)果正確地反映了載荷對(duì)溫升的影響趨勢(shì)，證明了基于紅外熱成像儀的彈流潤(rùn)滑熱應(yīng)力分析是可行的。
[Abstract]:The stress measurement of the oil film pressure , temperature rise and the sub - surface layer of the contact zone is the basic problem in the field of elastohydrodynamic lubrication . The research results show that the theoretical model and the numerical simulation analysis level of the elastohydrodynamic lubrication have reached a perfect level . The theoretical model can calculate the film thickness , pressure and temperature rise distribution of the elastohydrodynamic lubrication .

This paper reviews the advantages and disadvantages of current elastohydrodynamic lubrication film thickness measurement technology , and summarizes the pressure and temperature measurement techniques of elastohydrodynamic lubrication . It is pointed out that the present technology of elastohydrodynamic lubrication is mainly the film thickness measurement technology , and there is not enough test method for elastohydrodynamic lubrication .

1 ) Based on the theoretical foundation of the light elastic stress analysis , the relationship between the fringe series and the wavelength of incident light is analyzed , and the pressure distribution and the scale characteristic of the contact zone are combined .

2 ) The experiment table of elastohydrodynamic lubrication is set up , and the experimental results show that the feasibility of the experiment of elastohydrodynamic lubrication pressure test is carried out by means of the experimental bench . The experimental results of the experiment show that the experiment table is not enough , the structure , the loading mode and the light source are improved . By comparing the experimental results of the incandescent lamp , the fluorescent lamp and the LED lighting source , the illumination light source with fluorescent lamp as the experimental bench is determined , and the Fresnel lens is introduced as the collimating mirror .

3 ) The distribution of lubricating pressure in different working pressure and sliding and rolling speed states is tested , and the experimental results are compared . The stress stripes of the light elastic experimental results need to be graded , and the number of stripes in the elastic stress region of the elastic flow is usually higher .

4 ) Photoelastic technique is applied to the experimental results of elastohydrodynamic lubrication measurement . For further analysis , it is necessary to separate the main stress . The method includes numerical method , experimental method and mixing method . The numerical method is mainly the shear stress difference and the stress separation method based on the LAME - MAXWELL equation , the solution compensation equation method ;
The experimental methods are : drilling method , oblique beam method , strip method , stripe coating method and scribing method ;
The mixed method is mainly based on the methods of finding and line method and the recent digital speckle correlation method and infrared thermal imaging method . By analyzing the advantages and disadvantages of various techniques of light elastic stress separation , it is pointed out that most of the light elastic stress separation techniques can not be directly applied to the light elastic elastohydrodynamic lubrication pressure measurement experiment , and only the infrared thermal imaging technology can be used to separate the main stress of the elastohydrodynamic lubrication .

5 ) In the end , the principle of thermal stress analysis based on infrared imaging technology is studied , and the formulas for calculating the internal stress and the internal stress of the test specimens are derived . The experimental system for thermal analysis of elastohydrodynamic lubrication based on the infrared imaging technology is established . The experimental results of dynamic load friction measurement under the lubrication of three different viscosity coefficients of paraffin oil , dimethyl silicone oil and lubricating grease are carried out by using the light elastic experiment . The friction zone surface and the subsurface temperature rise data under different load and sliding speed experiment conditions are obtained .

By comparing the experimental results , it can be concluded that the experimental results accurately reflect the influence tendency of the load on the temperature rise , and it is proved that the thermal stress analysis of the elastohydrodynamic lubrication based on the infrared thermal imager is feasible .

【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TH117.2

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本文編號(hào)：1695748