本文的目的是研究高壓彈流潤(rùn)滑油膜界面滑移特性。 固/液界面邊界條件對(duì)液體流動(dòng)的理論分析有重要影響。基于宏觀實(shí)驗(yàn)證據(jù)，一般認(rèn)為臨近固體表面的流體相對(duì)于該表面是靜止的，即流體流動(dòng)滿(mǎn)足無(wú)滑移邊界條件。然而，隨微流體力學(xué)研究的興起、微觀測(cè)量技術(shù)的發(fā)展及分子動(dòng)力學(xué)模擬的進(jìn)步，大量研究證實(shí)了流體與固體界面間存在相對(duì)滑動(dòng)，即界面滑移邊界條件的存在。 彈性流體動(dòng)壓潤(rùn)滑（彈流潤(rùn)滑）是軸承與齒輪等機(jī)械零件中常見(jiàn)的潤(rùn)滑形式。彈流油膜工作過(guò)程中常承受高壓力、高剪切及微間隙等苛刻工況，這使得界面滑移成為可能。事實(shí)上在大滑動(dòng)條件下觀察到的彈流油膜形狀及摩擦特性的反常均可能與界面滑移有關(guān)，但已有的界面滑移測(cè)量技術(shù)無(wú)法探測(cè)到該類(lèi)滑移，使彈流油膜界面滑移的研究陷入的困境。 為解決上述問(wèn)題，本文主要針對(duì)彈流油膜界面滑移的測(cè)量方法和特性進(jìn)行了研究。巧妙地結(jié)合了光干涉技術(shù)和沖擊封油技術(shù)，通過(guò)干涉條紋分析實(shí)現(xiàn)了潤(rùn)滑油膜流動(dòng)的可視化。確立了對(duì)比封油核心的實(shí)際卷吸速度和名義卷吸速度來(lái)推斷界面滑移的測(cè)量原理。為了進(jìn)行完整、系統(tǒng)的研究，并比較滑移條件下和無(wú)滑移條件下潤(rùn)滑油的移動(dòng)特性，本文從純滾動(dòng)、無(wú)滑移條件下的封油核心運(yùn)動(dòng)規(guī)律入手，逐層深入，首先證實(shí)了滑移的存在，然后進(jìn)一步量化了滑移程度，最后進(jìn)行了滑移機(jī)理分析，所得到的成果及重要結(jié)論如下： 研究了純滾條件下沖擊封油核心的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。封油核心的移動(dòng)位移存在一個(gè)臨界值，小于該臨界值時(shí)核心以卷吸速度運(yùn)動(dòng)，核心油膜厚度及核心左側(cè)油膜外形基本保持不變；超過(guò)該臨界值后核心速度明顯小于卷吸速度，核心油膜厚度迅速下降；卷吸速度與載荷的增加使臨界位移增加，而初始封油深度和初始沖擊間隙的增加導(dǎo)致臨界位移減�。粚�(duì)上述實(shí)驗(yàn)觀察結(jié)果進(jìn)行了數(shù)值模擬，計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。 針對(duì)高壓彈流區(qū)缺乏界面滑移的直接證據(jù)及滑移研究中滑移發(fā)生位置的爭(zhēng)論，實(shí)驗(yàn)觀察了零卷吸(ZEV)和純滑動(dòng)條件下封油核心移動(dòng)特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果直接顯示：封油核心的運(yùn)動(dòng)速度與施加的名義卷吸速度之間存在明顯差別，證實(shí)了滑移的存在。特別地，零卷吸條件下，封油在相同界面性質(zhì)接觸副內(nèi)向接觸區(qū)兩側(cè)拉伸,核心基本不動(dòng)；而在不同界面性質(zhì)的接觸副內(nèi)封油核心跟隨單個(gè)界面向單一方向運(yùn)動(dòng)。表明了滑移的發(fā)生取決于界面的臨界剪應(yīng)力而非流體本身的極限剪應(yīng)力，且滑移只能發(fā)生在一個(gè)界面上。 實(shí)驗(yàn)考察了滑移行為與界面性質(zhì)之間的依賴(lài)關(guān)系。結(jié)果顯示滑移總是發(fā)生在表面能較低的運(yùn)動(dòng)表面上。即使施加在低表面能表面上的速度明顯大于高表面能表面的速度，封油核心還是跟隨低速高表面能表面移出接觸區(qū)。在盤(pán)滑條件下，當(dāng)滑移發(fā)生在玻璃試樣上時(shí)，玻璃試樣表面能越低封油核心運(yùn)動(dòng)速度越小；當(dāng)滑移發(fā)生在球試樣上時(shí)，玻璃試樣表面能越高，封油核心運(yùn)動(dòng)速度越大。不同表面能界面組成的接觸副對(duì)穩(wěn)態(tài)膜產(chǎn)生了影響，所得油膜特性與沖擊-卷吸實(shí)驗(yàn)推測(cè)相吻合。 針對(duì)高壓彈流油膜界面滑移長(zhǎng)度無(wú)法量化且各參數(shù)對(duì)滑移影響尚不清晰的現(xiàn)狀，定義了通用滑移長(zhǎng)度公式，量化了滑移程度并分析了各種因素對(duì)滑移長(zhǎng)度的影響。結(jié)果表明，多次沖擊-卷吸可導(dǎo)致接觸副的界面性質(zhì)趨向同一性，從而削弱滑移長(zhǎng)度；而壓力、聚合物濃度和粘度的增加可以增大滑移長(zhǎng)度。 針對(duì)滑移長(zhǎng)度與剪應(yīng)變率關(guān)系的復(fù)雜性及爭(zhēng)議性，實(shí)驗(yàn)得出了滑移長(zhǎng)度隨剪應(yīng)變率的變化曲線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，滑移長(zhǎng)度隨剪應(yīng)變率剪呈現(xiàn)出明顯的非線性特性�；崎L(zhǎng)度隨剪應(yīng)變率的這種變化趨勢(shì)，與已有的分子動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果類(lèi)似。 根據(jù)觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，討論了滑移的產(chǎn)生機(jī)理，推導(dǎo)了一種新的滑移機(jī)理模型，并分析了模型中各參數(shù)對(duì)滑移的影響。同時(shí)根據(jù)參數(shù)取值的不同，該模型可以用來(lái)描述實(shí)驗(yàn)中遇見(jiàn)的多種滑移現(xiàn)象。
【學(xué)位單位】：青島理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：B
【學(xué)位年份】：2012
【中圖分類(lèi)】：TH117.2
【部分圖文】：

青 島 理 工 大 學(xué) 工 學(xué) 博 士 學(xué) 位 論 文1.2 界面滑移研究的歷史及現(xiàn)狀1.2.1 邊界條件及界面滑移早期研究固/液界面的邊界條件(Boundary condition, BC)是決定流體潤(rùn)滑行為的最重要因素之一。其中一種邊界條件假設(shè)是如圖 1-1(a)所示的無(wú)滑移邊界條件，即固體界面上的流體分子與固體界面間相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度為零，該邊界條件本質(zhì)上是由于粘性流體粘附在固體界面上并在界面處保持了速度切向分量的連續(xù)性。早在 1738 年，Bernoulli[21]就首次提出了流體流動(dòng)的無(wú)滑移邊界條件假設(shè)。此后，該假設(shè)被 Buat[22和 Coulomb[23]分別用流管實(shí)驗(yàn)和圓柱震蕩實(shí)驗(yàn)給予了驗(yàn)證。基于大量的宏觀實(shí)驗(yàn)證據(jù)，無(wú)滑移邊界條件在幾個(gè)世紀(jì)以來(lái)占據(jù)統(tǒng)治地位，幾乎所有的工程應(yīng)用、理論分析、實(shí)驗(yàn)研究甚至流體力學(xué)及潤(rùn)滑力學(xué)的教科書(shū)都采用了該假設(shè)。

(e) Microchennel/Capillary圖 1-2 界面滑移測(cè)量技術(shù)[64]Fig. 1-2 Measurement techniques for boundary slippage[64]圖 1-3 不同測(cè)量技術(shù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果[65]ig. 1-3 Comparisons of experimental results with different measuring techn

體本身的性質(zhì)有關(guān)，即便推測(cè)到滑移的產(chǎn)生，也認(rèn)為滑移可能只會(huì)。彈流條件下的高壓流變實(shí)驗(yàn)研究然界面滑移在彈流條件下極有可能發(fā)生，但早期的研究主要集中于壓流變研究，并沒(méi)有對(duì)界面性質(zhì)引起足夠的重視。彈流潤(rùn)滑經(jīng)過(guò) 60 數(shù)值模擬到實(shí)驗(yàn)研究都日臻完善，Dowson[77~79]、Spikes[80]、Zhu 和流潤(rùn)滑的發(fā)展歷程進(jìn)行了綜合詳細(xì)地回顧與總結(jié)。從彈流潤(rùn)滑的發(fā)滑的實(shí)驗(yàn)觀察促進(jìn)了理論分析的演化；而理論預(yù)測(cè)，需要實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證究的進(jìn)步。早期的實(shí)驗(yàn)研究致力于油膜特性的研究，這就決定了實(shí)開(kāi)：a)油膜厚度和形狀的測(cè)量；b)油膜流變性(Rheology)的測(cè)量。在中，均出現(xiàn)了與經(jīng)典理論相悖的異�，F(xiàn)象，如帶有凹陷的油膜外形、ing)”的摩擦系數(shù)隨滑動(dòng)速度變化曲線。

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 馬龍華;劉海超;郭峰;姜培剛;;沖擊載荷作用下蛋白質(zhì)水溶液潤(rùn)滑吸附膜的生長(zhǎng)特性[J];醫(yī)用生物力學(xué);2017年06期

相關(guān)會(huì)議論文 前1條

1 白清華;郭峰;栗心明;楊淑燕;;階梯軸承界面滑移速度計(jì)算方法與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析[A];第十一屆全國(guó)摩擦學(xué)大會(huì)論文集[C];2013年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 林碩;球活塞式液壓泵球塞副摩擦動(dòng)力學(xué)模型與特性研究[D];北京理工大學(xué);2014年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 李憲鵬;點(diǎn)接觸潤(rùn)滑油膜摩擦力特性研究[D];青島理工大學(xué);2018年

2 馬龍華;蛋白質(zhì)水溶液潤(rùn)滑吸附特性的實(shí)驗(yàn)研究[D];青島理工大學(xué);2018年

3 劉廣媛;限制間隙彈性流體動(dòng)力潤(rùn)滑的特性研究[D];青島理工大學(xué);2013年

本文編號(hào)：2833120