双粗糙面滑动摩擦随机相嵌微凸体的微观热动力学行为研究-东篱科研大数据发现系统（DRDS）

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双粗糙面滑动摩擦随机相嵌微凸体的微观热动力学行为研究

项目名称：双粗糙面滑动摩擦随机相嵌微凸体的微观热动力学行为研究
项目类别：面上项目
批准号：51175085
申请代码：E050501
项目来源：国家自然科学基金
研究期限：2012-01-01-2015-12-31

项目负责人：高诚辉
负责人职称：教授
依托单位：福州大学
批准年度：2011

中文摘要：

通过实验测定典型结构材料或摩擦材料的粗糙表面多尺度特征，确定其结构参数从而实现粗糙面数字化表征。在考虑不同粗糙面微凸体相互作用、弹塑性变形、粘着、摩擦界面热流耦合、同一粗糙面上微凸体相互作用与影响、热力耦合等影响因素的基础上，建立两个基于实际表面形貌的三维粗糙面间的滑动摩擦模型，采用一"准连续"方法将分子粘着与粗糙面摩擦联系起来。系统研究了不同接触特性下双粗糙面相嵌接触状态下的滑动摩擦微观热动力学行为。研究可获得在法向力及其与切向力共同作用下，双粗糙面接触趋近量与真实接触面积（即支承面）的关系；以及热力耦合、参数（外载荷、速度、热物性参数等）变化等对具有不同变形特性微凸体接触对的受力状态、变形、粘着及断裂条件，及其对静、动摩擦力和磨损的影响；揭示了滑动摩擦过程中实际微凸体接触对的微观相互作用、热动力学行为、能量变化规律及其与摩擦、磨损的关系。为进一步研究复杂的摩擦与磨损的本质奠定基础。

中文主题词：双粗糙面；热力耦合；黏着；弹塑性变形；滑动摩擦

英文摘要：

double rough surfaces；thermo-mechanical coupling；adhesion；elasto-plastic deformation；sliding friction

英文主题词： double rough surfaces；thermo-mechanical coupling；adhesion；elasto-plastic deformation；sliding friction

结论摘要：

摩擦力是微观阻力的宏观体现，磨损损伤的主要特征是塑性变形和微区的断裂，其根本原因在于受到力的作用，因此摩擦磨损现象的发生与材料的微观力学行为有极大的关系。而微区的力学行为与摩擦副接触表面的微观形貌有很大关系。由于摩擦过程两粗糙表面处于接触状态，具有动态变化及其随机性等特点，用实验手段直接动态观察分析摩擦接触表面显得十分困难。因而人们对摩擦表面接触状态的研究目前主要采用理论模型分析。课题通过实验测定典型结构材料及摩擦材料的粗糙表面多尺度特征，确定其结构参数从而实现粗糙面数字化表征。在考虑不同粗糙面微凸体相互作用、弹塑性变形、粘着、摩擦界面热流耦合、同一粗糙面上微凸体相互作用与影响、热力耦合等影响因素的基础上，建立两个基于实际表面形貌的三维粗糙面间的滑动摩擦模型，从微观热动力学角度和能量变化深入探讨分析不同接触状态下相嵌微凸体滑动摩擦机理。获得在法向力及其与切向力共同作用下，双粗糙面接触趋近量与真实接触面积（即支承面）的关系；得出了界面剪切强度对于实际接触面积、磨损率及摩擦系数的影响规律；通过微凸体的断裂过程，分析最大剪应力、最大等效塑性应变量的位置及其与其他影响因素的关系。研究发现，界面黏着分离剪切强度越大，实际接触面积越大，接触过程中微凸体接触面上的节点变形越明显，摩擦系数增大，在滑动相同距离时，其等效塑性应变越大，粗糙实体越容易产生磨损破坏，塑性变形最大的地点与裂纹发生的地方直接相关，在表面或者在表面下的一定距离；滑动初始阶段，界面剪切强度越大，最高温度越高，滑动过程中，界面剪切强度越大，最高温度值下降较多，但接触区域较多、整体温升较高；界面剪切强较小时，物体的热能主要来源于摩擦耗散能，而界面剪切强度较大时，热能主要来源于物体的塑性耗散能。而且热力耦合情况下的磨损率、损伤耗散能、弹性应变能和真实接触面积相对与未考虑热力耦合的情况来得大。研究结果对于控制摩擦减小磨损，缓解资源与能源紧张的现状具有重要意义。

成果综合统计