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粘塑性流体动力润滑成膜及失效机理研究

作　者: 李锦辉
导　师: 刘赵淼
学　校: 北京工业大学
专　业: 力学
关键词: 流体动力润滑粘塑性流体润滑性能成膜机理润滑失效
分类号: O351.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

随着现代工业和科技的发展，应用于航空航天、船舶、汽车制造、电力等行业中的流体动力系统的运行工况发生了很大的变化，机械设备不断的大型化和高速化以及对其运转高精度、高效率的要求导致了机械中摩擦部位所面临的润滑条件越发严酷。一些利用经典流体动力润滑理论经过良好流体动力润滑设计后的机器零件仍然无法满足既定润滑效果和性能，甚至发生润滑失效现象，这使人们开始对经典的流体动力润滑理论在严苛工况下是否能够成功的预测润滑失效提出了质疑。因此，探究极端润滑条件下的流体动力润滑机理及失效问题是当今工业和科技领域发展的迫切需求。本文根据润滑介质在高速、重载等工况下所表现出来的粘塑性流变行为，重新推导了适用于粘塑性流体的润滑控制方程。并对粘塑性流体动力润滑的流动特性、润滑性能、润滑失效、温度分布特性以及边界滑移行为进行了研究。(1)对粘塑性流体动力润滑过程中的流动特性及润滑性能进行了研究。建立了粘塑性流体流变模型，基于微元体方法推导了粘塑性流体动力润滑的Reynolds方程。通过解算，分析了粘塑性流体动力润滑不同润滑阶段的流动特性及润滑性能。研究结果表明：楔形效应同样是粘塑性流体动力润滑过程中动压润滑膜形成的机理，但在滑移润滑区域润滑膜动压水平取决于极限剪应力及膜厚；两润滑表面过大的相对滑动速度和润滑膜过小的膜厚比是粘塑性流体润滑失效的主要因素。(2)对粘塑性流体动力润滑过程中粘塑性流体润滑膜的温度分布特性进行了研究。理论推导了适用于粘塑性流体动力润滑过程的能量方程，并通过解算发现：由于粘性耗散效应的积累，粘塑性流体润滑膜中的温度沿润滑膜收敛方向不断上升，并偏离了经典润滑理论的预测；而两润滑表面相对滑动速度以及膜厚比均对润滑膜中的温度分布有显著的影响。(3)对粘塑性流体动力润滑过程中的边界滑移行为进行了研究。膜厚比越大则越容易发生初始边界滑移而不易产生第二边界滑移，润滑膜更容易处在单滑移区域润滑阶段。反之，则更容易处在无滑移润滑阶段和双滑移区域润滑阶段。边界滑移长度随两润滑表面相对滑动速度、膜厚比以及润滑剂粘度的的改变均有显著的变化。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-17
  1.1 研究背景与研究意义  9-10
  1.2 流体动力润滑的研究现状  10-15
    1.2.1 流体动力润滑研究进展及方向  10-12
    1.2.2 流体动力润滑失效研究现状  12-13
    1.2.3 流体动力润滑中边界滑移问题研究现状  13-15
  1.3 本文主要研究内容  15-16
  1.4 课题来源  16-17
第2章流体动力润滑理论基础及数值算法  17-29
  2.1 引言  17
  2.2 流体动力润滑理论基础  17-21
    2.2.1 流体动力润滑基本原理  17-19
    2.2.2 流体动力润滑理论控制方程  19-21
  2.3 Matlab 在求解非线性方程组中的应用  21-28
    2.3.1 Matlab 的符号计算功能  22
    2.3.2 Matlab 求解非线性方程组算法介绍  22-28
  2.4 本章小结  28-29
第3章粘塑性流体动力润滑流动特性及润滑性能分析  29-51
  3.1 引言  29
  3.2 粘塑性流体动力润滑基本理论的建立  29-35
    3.2.1 流体动力润滑物理模型及基本假设  29-30
    3.2.2 粘塑性流体流变模型的建立  30-31
    3.2.3 粘塑性流体动力润滑 Reynolds 方程的推导  31-35
  3.3 滑移润滑区域发展理论分析  35-38
    3.3.1 完全无滑移润滑阶段  36-37
    3.3.2 单滑移区域润滑阶段  37-38
    3.3.3 双滑移区域润滑阶段  38
  3.4 粘塑性流体动力润滑方程的求解  38-46
    3.4.1 润滑阶段判定条件及边界条件的确定  38-40
    3.4.2 粘塑性流体动力润滑的流动特性分析  40-46
  3.5 粘塑性流体动力润滑性能分析  46-50
  3.6 本章小结  50-51
第4章粘塑性流体动力润滑温度分布特性  51-63
  4.1 引言  51
  4.2 粘塑性流体动力润滑能量方程的建立  51-58
    4.2.1 基本假设条件  51
    4.2.2 建立控制体积增量的能量平衡方程  51-55
    4.2.3 建立粘塑性流体润滑问题的能量平衡方程  55-58
  4.3 粘塑性流体动力润滑温度分布特性分析  58-62
    4.3.1 粘塑性流体动力润滑能量方程的求解  58-60
    4.3.2 膜厚比及润滑表面滑动速度对温度分布的影响  60-62
  4.4 本章小结  62-63
第5章粘塑性流体动力润滑过程中边界滑移行为分析  63-69
  5.1 引言  63
  5.2 边界滑移行为的讨论  63-67
    5.2.1 边界滑移发生的 K U区域  63-64
    5.2.2 边界滑移长度及临界膜厚  64-67
  5.3 本章小结  67-69
结论  69-71
参考文献  71-75
附录粘塑性流体动力润滑控制方程的 Matlab 解算程序  75-81
攻读硕士期间已发表的学术论文  81-83
致谢  83

粘塑性流体动力润滑成膜及失效机理研究

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