本文選題：彈流潤滑實驗　切入點：光彈性　出處：《華南理工大學》2014年博士論文

【摘要】：彈流潤滑摩擦副接觸區(qū)內(nèi)部及摩擦副間油膜壓力、溫升和接觸區(qū)亞表層的應力測量是彈流潤滑領域的基礎問題，研究表明雖然彈流潤滑的理論建模及數(shù)值模擬分析水平已經(jīng)達到了很完善的水平，建立的理論模型能計算出彈流潤滑的膜厚、壓力及溫升分布，但彈流潤滑實驗測量問題尚未完全解決，彈流潤滑接觸區(qū)的油膜壓力、溫升和接觸區(qū)亞表層的應力分布尚無理想的測量方法。結(jié)合當前光彈性測試技術發(fā)展，作者首次提出了用光彈性方法進行彈流潤滑油膜壓力分布、溫升和接觸區(qū)亞表層壓力分布測量研究。研究成果對進一步闡明彈流油膜承載機制，揭示摩擦副的失效機理，對摩擦學設計、摩擦材料的制備及潤滑設計的性能評價具有重要的指導意義。 通過對目前的彈流潤滑膜厚測量技術的優(yōu)缺點進行逐一分析，對彈流潤滑的壓力和溫度測量技術進行綜述，指出目前的彈流潤滑測試技術主要是膜厚測量技術，而彈流潤滑壓力測試技術存在不足。頸縮現(xiàn)象和二次壓力峰是彈流潤滑的重要特征，而通過實驗測量頸縮和二次壓力峰也是彈流實驗的一大難點，經(jīng)過眾多彈流研究科學家的努力，多年來尚無特別完善的實驗測量方法。本文首次提出應用光彈技術，利用光彈性材料制作摩擦副，進行彈流潤滑壓力測量。主要研究工作包括以下幾點： 1)通過對光彈應力分析理論基礎的介紹，分析光彈性理論中條紋級數(shù)與入射光波長的關系，結(jié)合彈流潤滑接觸區(qū)的壓力分布及尺度特點，從理論上證明了可以應用光彈性技術來測量彈流潤滑壓力。 2)搭建了彈流潤滑光彈測量實驗臺，并通過實驗臺進行了彈流潤滑壓力的測量，實驗結(jié)果初步證實了通過光彈性進行彈流潤滑壓力測試實驗的可行性。分析了此實驗臺存在的不足，對實驗臺進行了結(jié)構(gòu)、加載方式、光源等改進，通過對比白熾燈、熒光燈及LED照明光源的實驗效果，確定了采用熒光燈為實驗臺的照明光源，并引入了菲涅爾透鏡作為準直鏡。 3)對不同工作壓力和滑動、滾動速度狀態(tài)的潤滑壓力分布進行了試驗，并對實驗結(jié)果進行了分析對比。光彈性實驗結(jié)果的應力條紋需要進行定級，而彈流潤滑應力區(qū)的條紋級數(shù)通常較高。盡管進行條紋定級的方法很多，但是人工神經(jīng)網(wǎng)絡在進行光彈條紋定級方面有著獨特的優(yōu)勢。通過人工神經(jīng)網(wǎng)絡對彈流潤滑光彈實驗結(jié)果進行了條紋的定級。 4)光彈技術應用于彈流潤滑測量實驗結(jié)果為應力差，為進一步分析，需要進行主應力的分離。光彈應力分離方法包括數(shù)值法、實驗方法和混合法等三大類，數(shù)值法主要是剪應力差及基于LAME-MAXWELL方程的應力分離法、解補償方程法；實驗方法有：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)字散斑相關法和紅外熱成像法。通過分析各種光彈應力分離技術的優(yōu)缺點，指出目前大部分的光彈應力分離技術均無法直接應用于光彈性彈流潤滑壓力測量實驗，只有紅外熱成像技術可以較方便地進行彈流潤滑光彈實驗主應力的分離。 5)最后研究了基于紅外成像技術的熱應力分析原理，總結(jié)了由紅外熱成像信號到實驗試樣內(nèi)部應力和的相關計算公式的推導。搭建了基于紅外成像技術的彈流潤滑時變熱分析實驗系統(tǒng)，采用光彈實驗進行純滑動摩擦方式，，進行了石蠟油、二甲基硅油和潤滑脂三種不同粘度系數(shù)的潤滑劑潤滑下的動載摩擦熱測量實驗，獲得了不同載荷和滑動線速度實驗條件下的摩擦區(qū)表面及亞表層溫升數(shù)據(jù)。 通過對比分析實驗結(jié)果，可以認為實驗結(jié)果正確地反映了載荷對溫升的影響趨勢，證明了基于紅外熱成像儀的彈流潤滑熱應力分析是可行的。
[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 .

【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TH117.2

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本文編號：1695748