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平行板颗粒流摩擦系统的力链构型与演变研究

作　者: 王智勇
导　师: 刘焜
学　校: 合肥工业大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 颗粒流力链剪切膨胀力链分布承载特性
分类号: TH117
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

颗粒物质作为介质导入摩擦副中,利用颗粒的摩擦、碰撞、挤压等微观运动,达到润滑、精加工等目的,在航空发动机辅助轴承、研磨抛光精加工等系统中发挥积极作用。颗粒物质由于其复杂特性,传统理论无法适用,而越来越受到研究学者的关注。为研究平行板颗粒流摩擦系统内颗粒物质的内在规律,本文通过探索力链的构型及演变规律从细观尺度进行研究。首先运用PFC2D软件构建平行板颗粒流摩擦系统,颗粒体层数较少且按照理想状态进行排列,平行板两端施加周期性边界条件以实现颗粒体的循环流动,模型参数依据研磨抛光加工实验设备及加工材料进行设定。然后控制单一变量进行模拟,并对输出数据进行比较,得到参数变化对力链变化的影响。其中,输入变量包括载荷、速度、颗粒间摩擦因数、颗粒层数及颗粒粒径,输出参数包括颗粒体内剪切膨胀过程、弱力链的分布率和承载率、力链的方向、力链承载特性以及力链形态图等。模拟结果表明：剪切膨胀过程可分为塑性爬行阶段、脆性破坏阶段以及颗粒重组阶段,其中以塑性爬行阶段其承载特性最好；低层数下颗粒流内力链整体趋于驱动力方向分布；输入变量数值变化会影响颗粒流内的剪切膨胀现象,并出现整体运动现象；载荷和颗粒层数对剪切膨胀中力链承载特性影响最大,颗粒间摩擦因数对颗粒体整体运动中力链承载特影响最大,速度对力链承载特性的影响最小。以平行板颗粒流摩擦系统研究对象,建立平行板颗粒流模型,对颗粒体系内力链的构型及演变进行了一些前期的探索性研究,为今后进一步研究颗粒流内力链的演变特性奠定了基础。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-8
致谢  8-16
第一章绪论  16-26
  1.1 概述  16-17
  1.2 颗粒体系及力链研究  17-19
    1.2.1 颗粒体系与颗粒物质特性  17-18
    1.2.2 颗粒体系内部力链描述  18-19
  1.3 平行板颗粒流摩擦系统研究  19-23
    1.3.1 平行板颗粒流摩擦系统理论研究  19-20
    1.3.2 平行板颗粒流摩擦系统试验与仿真研究  20-21
    1.3.3 力链对颗粒体系的影响  21-23
  1.4 国内外现状评述  23-24
  1.5 本文研究内容  24-26
第二章仿真模型简介  26-32
  2.1 离散单元法简介  26
  2.2 PFC颗粒流模型简介  26-29
  2.3 平行板颗粒流摩擦系统模型介绍  29-31
    2.3.1 仿真模型  29-30
    2.3.2 参数说明  30-31
  2.4 小结  31-32
第三章平行板颗粒流摩擦系统剪切膨胀过程研究  32-40
  3.1 引言  32
  3.2 剪切膨胀中界面变化及颗粒体系运动  32-34
  3.3 力链方向的变化  34-35
  3.4 力链分布率与承载率变化  35-36
  3.5 典型阶段的承载率-分布率曲线变化  36-37
  3.6 典型阶段的力链形态变化  37-39
  3.7 小结  39-40
第四章工况条件对平行板颗粒流摩擦系统的影响  40-60
  4.1 载荷变化对平行板颗粒流摩擦系统的影响  40-51
    4.1.1 引言  40-41
    4.1.2 驱动面摩擦因数随载荷变化  41
    4.1.3 剪切膨胀随载荷变化  41-42
    4.1.4 弱力链分布率与承载率随载荷变化  42-43
    4.1.5 最大非平衡力及最大接触力随载荷变化  43-44
    4.1.6 力链方向随载荷的变化  44-46
    4.1.7 力链的分布及承载特性随载荷变化  46-48
    4.1.8 典型力链的形态图随载荷变化  48-50
    4.1.9 小结  50-51
  4.2 速度变化对平行板颗粒流摩擦系统的影响  51-60
    4.2.1 引言  51
    4.2.2 驱动面摩擦因数随速度变化  51-52
    4.2.3 剪切膨胀随速度变化  52-53
    4.2.4 弱力链分布率与承载率随速度变化  53
    4.2.5 最大非平衡力及最大接触力随速度变化  53-54
    4.2.6 力链方向随速度的变化  54-55
    4.2.7 力链的分布及承载特性随速度变化  55-56
    4.2.8 力链的形态图随速度变化  56-59
    4.2.9 小结  59-60
第五章颗粒体参数对平行板颗粒流摩擦系统的影响  60-84
  5.1 摩擦因数变化对平行板颗粒流摩擦系统的影响  60-67
    5.1.1 引言  60
    5.1.2 驱动面摩擦因数随摩擦因数变化  60-61
    5.1.3 剪切膨胀随摩擦因数变化  61-62
    5.1.4 弱力链分布率与承载率随摩擦因数变化  62
    5.1.5 最大非平衡力及最大接触力随摩擦因数变化  62
    5.1.6 力链方向随摩擦因数的变化  62-63
    5.1.7 力链的分布及承载特性随摩擦因数变化  63-65
    5.1.8 力链的形态图随摩擦因数变化  65-66
    5.1.9 小结  66-67
  5.2 颗粒层数变化对平行板颗粒流摩擦系统的影响  67-76
    5.2.1 引言  67
    5.2.2 驱动面摩擦因数随颗粒层数变化  67-68
    5.2.3 剪切膨胀随颗粒层数变化  68-69
    5.2.4 弱力链分布率与承载率随颗粒层数变化  69
    5.2.5 最大非平衡力及最大接触力随颗粒层数变化  69-70
    5.2.6 力链方向随颗粒层数的变化  70-71
    5.2.7 力链的分布及承载特性随颗粒层数变化  71-72
    5.2.8 力链的形态图随颗粒层数变化  72-76
    5.2.9 小结  76
  5.3 颗粒粒径变化对平行板颗粒流摩擦系统的影响  76-84
    5.3.1 引言  76
    5.3.2 驱动面摩擦因数随颗粒粒径变化  76-77
    5.3.3 剪切膨胀随颗粒粒径变化  77-78
    5.3.4 弱力链分布率与承载率随颗粒粒径变化  78
    5.3.5 最大非平衡力及最大接触力随颗粒粒径变化  78-79
    5.3.6 力链方向随颗粒粒径的变化  79-80
    5.3.7 力链的分布及承载特性随颗粒粒径变化  80-81
    5.3.8 力链的形态图随颗粒粒径变化  81-83
    5.3.9 小结  83-84
第六章总结与展望  84-86
  6.1 总结  84-85
  6.2 展望  85-86
参考文献  86-90
攻读硕士学位期间发表的论文  90

平行板颗粒流摩擦系统的力链构型与演变研究

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