试论摩擦学研究中的科学方法问题_戴振东
极端环境下摩擦学问题
特点：
（1）磨粒磨损
对于硬度较大的材料，会发生微观切削、微观犁沟和微观断裂。一般来说硬 度越高，抗磨损性能越好。耐磨材料由于其产生硬质点易造成磨粒磨损。
（2）粘着磨损
对于硬度较小的材料和较低的试验速度下易发生粘着磨损。粘着磨损分为涂 抹、擦伤、撕脱和咬死。
（3）氧化磨损
氧扩散到摩擦副的变形层内，形成氧化膜。氧化膜的生成和不断剥落会形成 氧化磨损。由于在高温条件下，摩擦副更易形成氧化膜，所以高温下最主要 的磨损机理是氧化磨损
孙晓峰等发现纳米SiO2能明显改善菜籽油的高温减摩抗磨性能,在500℃时, 摩擦因数仅为0.16,磨损量降低了80%以上。
姜美焕等发现烷基链连接的双咪唑离子液体的减摩抗磨性能较优，且缩短双 咪唑离子液体的连接链长度有利于提耐磨材料
周松青等研究以SiC为基体,用TiC和B4C为原料,采用新的反应原理 生成TiB2,原位合成了TiB2-SiC基复相陶瓷,提高了SiC陶瓷的物理 性能和高温摩擦学性能。 还有学者对各种复合材料和酚醛树脂等无机化学合成材料的高温 摩擦特性及磨损机理进行了研究。
解决方法：
（1）表面工程摩擦技术
张平等采用网格化激光淬火和低温离子渗硫技术对42MnCr52钢进行复合表 面处理,硬度提高20%左右,摩擦因数降低约10%,磨损失重量减少50%以上。
袁建辉等[通过大气等离子喷涂方法, 制备出WC-Co-Cu-BaF2/CaF2自润滑 耐磨涂层。在200℃、400℃和600℃下进行高温摩擦试验。其摩擦产物层 光滑致密，摩擦因数和磨损率都较小。 （2）润滑技术与材料
极端环境下摩擦学问题及解决 方法
机械工程3班 张冬 2017年6月16日
微动磨损的热力学研究
4 实验结果及讨论
图 1 微动接触简图
4. 1 磨痕形貌与相对微动幅度的关系
磨痕形貌对相对微动幅度 A RS( 定义为微动幅度 2A 除以上 试样宽度 B ) 的变化情况列于图 2, 3。上述形貌是沿微动滑移方向用粗糙度仪测得的。
图 2 试样的磨痕形貌 ( B = 0. 5)
图 3 试样的磨痕形貌( B = 1. 0 或 4. 0)
可以存在交互作用, 该学科的近代发展为研究强非线性耦合和强交互作用奠定了基础。因此 以非平衡态热力学为基础建立微动磨损的定量模型是合理可行的[ 3, 4] 。熵作为热力学的重要
概念, 可以表达体系的质量、能量、状态及其他参量的变化, 根据分析[ 5, 6] 可作为摩擦磨损数
理模型的特征参量。由于所考虑的体系包含标量、矢量和张量等不同张量阶的热力学量, 故 选张量为建立模型的工具[ 7] 。
i
T
J
i
( 2)
式( 2) 右边分别表示由对流、热传导和扩散引起的熵流。
= Jq
∑ (
1 T
)
+
Ji [-
i
∑ (
i
T
)
+
MiF T
i
]
-
1 T
:
U+
A! !T
∀!
= H + D+个性质不同的子过程的熵产生之和, 其右边各项依次表示热传
导、扩散、粘滞性流动和化学反应的熵产生, 它们是广义“力”与“流”的乘积。
st = st( T , %-, %, %c, & )
( 12)
式中, st 为应力; T 为温度; %-为平均应变; %为应变率; %c 为蠕变, & 为材料的内变量。
人体皮肤摩擦和弹性性能的试验研究
的研究了性别 试验部位 试验设备和护肤品对人体皮肤摩擦和弹性性能的影响 性别对皮 其保湿性能 不同试验部位皮肤的摩擦性能存在差异 硅油霜显著影响皮肤的摩擦性能 2 皮肤摩擦性能
的测试结果因试验设备不同而异
不同试验部位和不同试验设备之间差别不大 未见皮肤的弹性有显著变化 摩擦性能 弹性性能 硅油霜
在选定人群样本
从而产生了许多皮肤摩擦问题
许多生理功能的实现都依赖于其力学性能 提高生活质量具有重要的意义
而皮肤的弹性性能是皮肤力学性能的
人体皮肤摩擦和弹性性能的研究对于人们保持皮肤健康
国内外关于皮肤摩擦性能的研究主要是在传统的摩擦试验装置上进行 测试部位的局限性 为此 本文在研究中 适用 使用方便
这些试验装置大多只能针对人体上肢部位皮肤进行测试 国内外有关专用的皮肤摩擦试验装置的研究比较少 不但可以测试人体上肢部位皮肤的摩擦系数 该装置灵活小巧
图 2.4 FS-1 便携式皮肤摩擦试验装置 ..................................................................... 18 图 2.5 FS-1 便携式皮肤摩擦试验装置结构示意图 ................................................. 19 图 2.6 图 2.7 图 2.8 图 2.9 试验示意图 FS-1 ...................................................................................... 19 数据采集卡实物图 .......................................................................................... 20 数据采集的结构框图 ...................................................................................... 20 数据传输模块原理图 ...................................................................................... 21
摩擦学原理在摩擦学中的应用研究
摩擦学原理在摩擦学中的应用研究摩擦学是研究摩擦学现象、摩擦学理论和摩擦学应用的学科，是机械工程学科中的一个重要分支。
摩擦学理论不仅涉及到摩擦特性，还涉及到磨损和润滑等方面，而研究摩擦学的目的主要是为了减小磨损、提高工作效率和延长设备寿命等方面。
本文将从摩擦学原理的基本概念、摩擦学原理在润滑、磨损和摩擦减少等方面的应用研究以及相关新技术的研究进展等几个方面来进行探讨。
一、摩擦学原理的基本概念摩擦学原理是指在两个表面接触时由于相对运动而发生的力的作用和能量转化的过程。
摩擦学理论主要包括摩擦力的起源和发展、摩擦力的测试和分析、摩擦减少和磨损减少的方法、润滑技术及其应用等方面。
摩擦力的起源和发展：摩擦力是由于物体表面之间存在着密不可分的原子力，当两个物体表面接触时这些原子力之间相互作用并导致了摩擦力的产生。
通常情况下，润滑剂可以在物体表面上形成一层分子厚的润滑膜，从而减少表面间的原子力，降低摩擦力从而达到节能、减少磨损的目的。
摩擦力的测试和分析：摩擦力测试技术的发展主要分为静摩擦力测试和动摩擦力测试两个阶段。
其中静摩擦力测试主要是通过使用特殊的测试装置将摩擦系数测试到一个最小值，然后用不同的压力、温度或液体条件来测量摩擦系数的变化。
而动摩擦力测试主要是通过使用复合材料等材料来制造不同形态的磨损试验机来进行。
润滑技术及其应用：润滑技术主要包括干摩擦润滑和液体摩擦润滑两种类型。
其中干摩擦润滑是指在没有润滑剂的条件下来进行润滑处理，主要应用于高温、高压等特殊条件下，而液体润滑则是通过使用一定量的润滑剂来降低摩擦系数，提高工作效率，并且达到延长设备寿命的目的。
液体润滑可以分为固体润滑、流体润滑和混合润滑三个部分来进行研究。
二、摩擦学原理在润滑、磨损和摩擦减少等方面的应用研究1. 润滑手段的应用：实现摩擦的减小主要是通过润滑手段来进行实现，润滑手段主要包括光滑表面、润滑油膜、润滑基液等。
其中，润滑油膜的应用是在摩擦部位涂上润滑油膜，防止磨损产生同时提高设备的使用寿命；而润滑基液则是在工作表面之间将润滑油膜封装起来的液体，可以有效降低表面间的原子力，降低摩擦系数从而达到降低磨损、减少摩擦的目的。
关于摩擦学的思考-概述说明以及解释
关于摩擦学的思考-概述说明以及解释1.引言1.1 概述摩擦学是研究固体物体之间相对运动时发生的摩擦现象的科学领域。
摩擦作为一种普遍存在的现象，对于各个行业和领域都有着重要的影响。
摩擦学的研究旨在深入理解摩擦现象的机理、性质和影响因素，以便应用于实际工程和技术问题的解决。
在日常生活中，我们经常会遇到摩擦现象。
无论是步行时脚与地面的摩擦、车辆行驶时轮胎与路面的摩擦，还是开门时手与门把手的摩擦，都与摩擦学密切相关。
除了在日常生活中的应用，摩擦学还在许多其他领域发挥着重要作用，如机械工程、汽车工业、航空航天以及材料科学等。
摩擦学的基本原理是摩擦力的产生和作用。
摩擦力是由于接触物体表面微观不平整度，使得物体间存在着相互作用力而产生的。
摩擦力的大小和性质取决于物体表面的粗糙程度、压力、两物体间的相对运动速度等因素。
摩擦学的研究对于优化设计、减少能源损耗、提高机械系统的效率等具有重要意义。
同时，随着科学技术的不断进步，摩擦学的应用领域也在不断扩展。
例如，在纳米技术领域，摩擦学的研究成果可以应用于微纳机械装置的设计和制造，从而为纳米器件的性能提升提供支持。
本文将探讨摩擦学的基本原理、实际应用中的重要性，并展望摩擦学未来的发展方向。
通过深入的思考和研究，我们可以更好地理解摩擦现象，并利用其特性来改进工程设计和解决实际问题。
1.2文章结构文章结构部分的内容可以包含以下内容：在文章结构部分，我们将介绍本文的组织和章节安排。
整篇文章主要分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分将提供一个总体概述，介绍摩擦学的基本概念和相关背景知识，同时阐述本文的目的和重要性。
正文部分将拓展对摩擦学的内容进行详细的阐述。
首先，我们会给出对摩擦学的定义，并介绍其背景和起源，以帮助读者更好地理解该学科领域的重要性。
然后，我们将深入探讨摩擦学的基本原理，包括摩擦力的定义、摩擦系数的计算方法、摩擦力对物体运动的影响等。
结论部分将对摩擦学在实际应用中的重要性进行总结和归纳。
摩擦力的本质
摩擦力的本质摘要：摩擦学是一门研究表面摩擦行为的技术科学，人们对摩擦现象早有认识，并能运用到生活中。
本文从统计热力学熵的本质浅谈摩擦力的本质与机制，用热力学方法研究摩擦体系。
以熵平衡方程为基础研究摩擦力的机制。
关键词：摩擦力，非平衡态热力学，熵增原理。
摩擦是什么？在力学层面可以给出定义：摩擦力即相互接触的两个物体在接触面上发生阻碍相对运动或相对运动趋势的现象。
但我们需要涉及到摩擦力最本质的物理实质它就远远不够了。
由于摩擦系统的复杂性，目前对摩擦机制的认识存在很大的未知区域。
传统学说有如下对于摩擦本质与机制的解释：1. 凹凸啮合说，是从15世纪至18世纪，科学家们提出的一种关于摩擦力本质的理论。
啮合说认为摩擦是由相互接触的物体表面粗糙不平产生的。
两个物体接触挤压时，接触面上很多凹凸部分就相互啮合。
如果一个物体沿接触面滑动，两个接触面的凸起部分相互碰撞，产生断裂、磨损，就形成了对运动的阻碍。
2. 粘附说，这是继凹凸啮合说之后的一种关于摩擦力本质的理论。
最早由英国学者德萨左利厄斯于1734年提出。
他认为两个表面抛得很光的金属，摩擦力会增大，可以用两个物体的表面充分接触时，它们的分子引力将增大来解释。
3. 摩擦粘附论。
新的摩擦粘附论认为，两个相互接触的表面，无论做得多么光滑，从原子尺度看，还是粗糙的，有许多微小的凸起，把这样的两个表面放在一起，微凸起的顶部发生接触，微凸起之外的部分接触面间有10八-8m或更大的间隙。
这样，接触的微凸起的顶部承受了接触面上的法向压力。
如果这个压力很小，微凸起的顶部发生弹性形变；如果法向压力较大，超过某一数值（每个凸起上约千分之几牛顿），超过材料的弹性限度，微凸起的顶部便发生塑性形变，被压成平顶，这时互相接触的两个物体之间距离变小到分子（原子）引力发生作用的范围，于是，两个紧压着的接触面上产生了原子性黏合。
这时，要使两个彼此接触的表面发生相对滑动，必须对其中的一个表面施加一个切向力，来克服分子（原子）间的引力，剪断实际接触区生成的接点，这就产生了摩擦。
机械传动系统的摩擦学理论研究
机械传动系统的摩擦学理论研究摩擦学是研究摩擦现象和摩擦运动的科学。
在机械传动系统中，摩擦是一个非常重要的现象，对于系统的效率和稳定性起着决定性的作用。
因此，深入研究机械传动系统的摩擦学理论，对于提高系统性能和延长使用寿命具有重要意义。
摩擦学理论研究的核心是摩擦力与接触压力之间的关系。
摩擦力是由于接触面之间的相对滑动而产生的阻力，而接触压力是两个接触面之间的压力。
传统摩擦学理论认为，摩擦力与接触压力成正比，比例系数称为摩擦系数。
但是，随着对摩擦现象研究的深入，发现摩擦系数并不是一个固定不变的值，它还受到很多其他因素的影响。
机械传动系统中，摩擦现象的研究主要集中在两方面：干摩擦和润滑摩擦。
干摩擦是指在无润滑条件下的摩擦现象，涉及的主要问题是如何减小摩擦力，降低能量损耗。
而润滑摩擦则是指在润滑条件下的摩擦现象，主要研究如何保持润滑膜的稳定性，避免磨损和过度的热量生成。
干摩擦的研究涉及到材料表面的物理化学特性。
材料表面的粗糙度、硬度以及表面的涂层等因素都会对摩擦系数产生影响。
例如，在金属表面上形成陶瓷膜可以降低摩擦系数，并提高系统的耐磨性。
此外，还可以通过改变材料的形状和结构，以及表面处理技术等方式来改变摩擦系数。
润滑摩擦的研究则主要涉及到润滑剂的选择和使用。
润滑剂是一种能够减少摩擦和磨损的物质，它可以形成一个润滑膜，减小接触面之间的摩擦力。
常用的润滑剂有液体润滑剂和固体润滑剂。
液体润滑剂可以分为油性润滑剂和脂性润滑剂，它们的选择要根据工作条件、工作温度、工作速度等因素来确定。
固体润滑剂主要是指一些晶体和复合材料，它们在高温和高压下可以形成稳定的润滑膜。
机械传动系统的摩擦学理论研究不仅关注摩擦力和摩擦系数的大小，还关注摩擦力的变化规律和对系统性能的影响。
例如，摩擦力的变化会导致系统的振动和噪声。
对于高精度和高速度的机械传动系统来说，摩擦力的变化会对其稳定性和控制性能造成很大的影响。
因此，研究摩擦力的变化规律，并设计相应的控制策略，对于提高系统的稳定性和动态性能具有重要意义。
摩擦学及其在材料科学中的应用研究
摩擦学及其在材料科学中的应用研究一、引言摩擦学是力学的一个重要分支，研究物体在相对运动或相对静止时，所产生的摩擦力及其机理、运动学和动力学规律、摩擦副面材料的磨损性能等问题。
摩擦学与材料科学密切相关，是材料加工和使用的重要基础知识。
本文就摩擦学的研究现状以及在材料科学中的应用研究展开介绍。
二、摩擦学的研究现状摩擦学是力学研究的一个重要分支。
它是研究物体在相对运动或相对静止时所产生的摩擦力及其机理、运动学和动力学规律、摩擦副面材料的磨损性能等问题的学科。
从分子、微观、宏观三个不同角度对摩擦学进行了研究。
1.分子层面研究随着科学技术的不断进步，分子层面研究逐渐成为摩擦学领域的研究热点。
分子层面的研究表明，物体之间的摩擦力有很大程度上是由于不同物体表面之间的吸附作用而产生的。
此外，摩擦力的大小与物体表面质量、表面形貌等因素密切相关。
在分子层面的研究中，纳米技术和表面科学等技术的发展也为探究和设计不同材料的摩擦性能提供了很好的手段。
2.微观层面研究微观层面研究通常研究单个摩擦副面材料在摩擦过程中的磨损机理。
包括磨削、疲劳裂纹、氧化等诸多机理。
其中，氧化机理是摩擦头高温区内发生的氧化反应造成的磨损现象。
针对这些研究，通常使用扫描电镜、拉曼光谱仪等技术手段进行观察和分析。
3.宏观层面研究宏观层面研究是通过对大型试验设备进行摩擦实验，对不同摩擦副面材料间的摩擦力进行测试，分析摩擦力的大小及其影响因素。
在这方面的研究中，摩擦副面材料的硬度、温度、润滑条件等是研究的重要指标。
三、摩擦学在材料科学中的应用研究由于摩擦学的研究涉及很多材料科学问题，因此，在材料科学中应用摩擦学进行研究，可以帮助人们更好地理解和掌握材料的摩擦性能。
同时也能发现材料中存在的问题，并为材料的改进提供依据。
1.材料的磨损机制研究摩擦学的研究可揭示不同材料间的磨损机制，当对不同材料间的磨损机制有较全面的认识后，可通过改变材料结构和性能，优化材料，提高材料的防磨性能。
摩擦学理论
摩擦学理论摩擦学理论是关于摩擦现象的研究，是材料科学、力学和化学等多个学科的交叉研究领域。
摩擦学理论涉及了摩擦的各个方面，包括摩擦力的产生机制、摩擦表面的形态和性质、润滑剂的作用、摩擦磨损机理等。
摩擦学理论的研究对工程制造和材料科学有着重要的意义，可以指导现代工业生产的进步和产品的优化，也可以为新材料的研发提供理论依据。
1. 摩擦力的产生机制摩擦力是在两个物体接触的表面上产生的一种力，是由于两个物体表面微观形态的不规则性导致的。
在两个物体表面接触时，它们之间产生了各种应力和变形，导致接触面的形态改变和互相嵌入，这就形成了摩擦力。
而摩擦力的大小和物体的接触力、表面形态、材料力学性质、润滑条件等因素都有关系。
2. 摩擦表面的形态和性质摩擦表面的形态和性质对摩擦力的大小和性质起着决定性的作用。
在摩擦过程中，物体表面的形态会发生变化，形成颗粒、凸缩或其他微观结构，这些结构会影响物体之间的接触变形和应力分布，从而改变摩擦力的大小和方向。
而在不同材料之间的摩擦过程中，表面性质的差异也会导致摩擦力的变化，比如表面的粗糙程度、化学成分、硬度等。
3. 润滑剂的作用润滑剂是一种能够减少物体表面摩擦的化学物质，可以降低摩擦力，减少磨损和热量的产生。
润滑剂的作用可以通过两种机制实现：一种是分子层润滑，润滑剂分子与物体表面分子形成一层保护膜，使物体表面光滑并且防止直接接触；另一种是滚动润滑，润滑剂作用在物体之间，减少物体之间的接触，在润滑层中发生滚动运动，从而减小了摩擦力的产生。
4. 摩擦磨损机理摩擦磨损是摩擦学理论中的重要研究内容，包括摩擦表面的磨损机理、材料的磨损机理、表面处理方式对磨损的影响等。
摩擦磨损的主要机制包括粘着磨损、表面疲劳磨损、压痕磨损等。
在这些机制中，表面的化学成分、硬度、表面处理方式等的差异都会对摩擦磨损的形成和发展起到决定性作用。
综上所述，摩擦学理论在现代工业生产中发挥着重要的作用。
随着现代科学技术的不断发展，摩擦学理论也在不断进步和完善，为工程制造和材料科学的发展提供了有力的理论基础。
摩擦学的研究与应用
摩擦学的研究与应用摩擦学是研究物体相对运动时产生的摩擦现象的学科，广泛应用于工程技术和科学领域。
摩擦现象虽然在我们日常生活中常常出现，但深入研究摩擦学可以帮助我们更好地理解并应用摩擦的原理。
摩擦学的研究从古至今有着悠久的历史。
早在公元前4世纪，希腊学者亚里士多德就注意到了木头在某些条件下会失去运动。
他通过实验和观察，发现了光滑和粗糙表面之间的摩擦差异，并提出了“动摩擦系数”这一概念。
然而，直到17世纪，芬兰科学家指出了动摩擦系数与物体压力和接触面积的关系，摩擦学的基本理论才逐渐建立起来。
现如今，摩擦学不仅是理论研究领域，还广泛应用于实际生产和科研工作中。
其中，最常见的应用领域之一是机械工程。
在机械设计过程中，合理地选择和利用摩擦可以提高机器部件的运转效率和工作可靠性。
例如，在汽车制造中，摩擦学被应用于发动机、制动器、离合器等部件的设计和优化。
通过控制和减小摩擦力，汽车的燃油消耗可以降低，同时还可以提高驾驶的舒适性和安全性。
除了机械工程领域，摩擦学也在建筑工程中发挥着重要的作用。
在建筑材料的选择和表面处理过程中，需要考虑摩擦对结构的影响。
例如，在高层建筑的防滑处理中，通过增加走道表面的摩擦系数，可以减少人员的滑倒风险，提高工作环境的安全性。
此外，建筑中的门、窗等开关设施的设计也需要考虑到摩擦的因素，以确保关闭和开启的顺畅度和稳定性。
不仅在工程领域，摩擦学还在科学研究中发挥着重要的作用。
例如，在材料科学中，对材料的摩擦特性的研究可以帮助科学家更好地了解材料的性质和结构。
这对于开发新的材料、提高材料性能具有重要意义。
此外，摩擦学还促进了纳米科学的发展。
通过研究纳米尺度下的摩擦现象，科学家能够深入了解微观颗粒之间相互作用的规律，并应用于纳米技术和微电子领域。
不可否认，摩擦学在现代科技和工程领域的应用前景广阔。
深入研究摩擦学的原理和应用将为我们解决实际问题提供更多可能性。
例如，目前研究人员正致力于开发新的润滑剂，以降低摩擦力和磨损，从而提高机器性能和使用寿命。
摩擦学的基础理论与应用研究
摩擦学的基础理论与应用研究摩擦是指两个物体表面相对运动时由于相互接触而产生的阻力现象，它是工程学、物理学、材料学等多个领域的重要基础理论。
摩擦学是研究材料表面摩擦行为、摩擦现象的发生、摩擦力的产生及其与其他物理性能关系的学科。
本文将从摩擦学的基础理论和应用研究两个方面进行讨论。
一、摩擦学的基础理论1. 摩擦力的产生机理摩擦行为的产生是由于接触表面的几何形状和表面材料性质不同，在相互接触的过程中，由于分子间力和表面形貌所导致的相互作用力，使得接触界面出现局部的非弹性变形和平面内的相对移动，从而产生摩擦力。
在摩擦过程中，摩擦力的大小与接触面积、滑动速度以及对接面的实际接触面积等多种因素密切相关。
2. 摩擦学中的基本参数在摩擦学的研究过程中，通常需要了解和考虑的基本参数包括：摩擦系数、界面温度、压力、表面形貌、物体材料性质等。
摩擦系数是由于相互接触的两个物体表面之间产生的摩擦力与垂直于物体接触面方向的另一个力（如重力或施加的压力）之比，它是反映摩擦性能的一个基本指标。
同时，界面温度、压力与摩擦系数具有复杂的力学和热学关系，二者相互影响，彼此耦合，对摩擦行为及其机理的研究具有重要的意义。
3. 摩擦学的实验研究为了探索摩擦学的基本规律和行为，人们设计了许多实验研究。
在这些实验中，常见的方法包括：滑动摩擦试验、滚动摩擦试验、组合摩擦试验以及摩擦磨损试验等。
这些实验通常能够测定摩擦系数、摩擦力、接触压力等参数，并对其机理和相互作用进行分析。
二、摩擦学的应用研究1. 摩擦副设计在制造机械设备和各类传动系统时，与之相关的摩擦副设计显得尤为重要。
在实际应用过程中，设计人员需要结合实际工作条件，选用合适的材料和表面处理方式，以便达到所需的设计要求。
微机电系统（MEMS）的应用也需要考虑材料选择和表面加工等问题，以便在尽可能小的空间内实现合理的机械传动。
2. 摩擦-磨损机理摩擦-磨损机理是摩擦学中的重要应用之一。
通常情况下，摩擦副会产生不同程度的磨损，这不仅会降低机械性能，还可能会使其失效。
仿生摩擦学研究及发展
1) 杜家纬. 21 世纪仿生学研究对我国高新技术产业的影响. 220 次香山科学会议, 北京香山, 2003
2353
第 51ห้องสมุดไป่ตู้卷 第 20 期 2006 年 10 月
评述
究具有优异摩擦学性能的生物结构和材料的宏观几 何、材料拓扑、表面织构等几何构形的规律性; (ⅲ) 研究生物结构和材料的创成规律及其仿生制造技术.
在自清洁表面研究和应用开发方面, 存在的主 要问题是:
(ⅰ) 对大型结构表面, 未来研究的核心是取得 具有自主知识产权的制造方法和相关材料, 获得仿 生微结构表面的低成本制造技术.
(ⅱ) 对微结构表面和大载荷下的表面, 抗黏附 和自清洁技术的基本理论问题需要进一步探索, 相 关的微制造技术还不够成熟. 2.2 生物脚掌与固体表面的黏附及其仿生技术
图2蝗虫爪垫的微结构表面由许多六角形结构组成b表面下为直径008m垂直于外表面紧密排列的棒状组织该层的厚度为610ma次表面为相互平行并偶尔有所交联的树丛结构树丛直径为112m延续深度4050mc刚毛爪垫覆盖有细长可变形的刚毛图317例如壁虎苍蝇某些甲虫和蜘蛛的爪垫这里每个刚毛具有很好的变形能力而使每个刚毛能够与表面形成众多的微接触区
摩擦学研究中的实验技术及装置设计
摩擦学研究中的实验技术及装置设计随着现代科技的不断发展，人类对于材料的摩擦学性能研究越来越深入，对于提高材料的性能及寿命有着日益重要的意义。
而实验技术及装置设计是这一领域中必不可少的一环，为摩擦学研究的深入发展提供了坚实的基础。
下面将对摩擦学研究中的实验技术及装置设计进行探讨。
一、摩擦测试技术摩擦测试技术是摩擦学研究中不可或缺的一部分，是了解各种材料的摩擦特性、磨损规律以及润滑性能的关键。
目前常用的摩擦测试技术有以下几种：1. 平面双摩擦试验平面双摩擦试验是比较常用的摩擦测试技术之一，其主要原理是通过磨擦两个平面对材料进行测试，测试中可以测量材料的摩擦力、磨损量等参数，进而分析材料的摩擦特性。
2. 旋转摩擦试验旋转摩擦试验是一种简单而直观的摩擦测试技术，其原理是通过旋转装置对材料进行测试。
常用于测试一些采用旋转零件的设备的摩擦特性，如发动机、水泵等。
3. 弧形摩擦试验弧形摩擦试验是一种测试材料磨损性能的摩擦测试技术，其测试原理是通过在弧形试样上施加应力，测量弧形试样表面的磨损量，进而分析材料的磨损性能。
二、摩擦测试装置设计摩擦测试装置的设计是落实摩擦测试技术的重要手段，针对不同的测试要求和目的需要设计不同的测试装置。
下面介绍几种常见的测试装置设计。
1. 摩擦试验机摩擦试验机是一种专门用于进行材料摩擦测试的装置，可以用于进行平面双摩擦试验、旋转摩擦试验、弧形摩擦试验等，具有多种测试模式，测试数据准确性高，实验成本低等优点。
不同型号的摩擦试验机能够测试不同范围的摩擦系数以及磨损量。
2. 高温摩擦磨损试验机高温摩擦磨损试验机是一种专门用于高温下进行磨损测试的装置，能够稳定控制高温环境下的测试参数，如磨擦系数、磨损量等。
适用于研究高温下材料的摩擦特性、磨损规律以及耐磨性能等。
3. 压电陶瓷摩擦试验装置压电陶瓷材料的摩擦性能是研究的热点问题，为了研究压电陶瓷材料的摩擦性能，需要设计一种专门的测试装置，如压电陶瓷摩擦试验装置。
机械摩擦学问题的研究及应用
机械摩擦学问题的研究及应用摩擦力是指两个接触物体之间的相对运动所产生的阻力。
在机械工程中，摩擦力是一种常见的现象，并且对于各种机械设备和系统的设计和运行都起着重要的作用。
机械摩擦学问题的研究旨在理解和控制摩擦现象，以提高机械系统的效率和可靠性。
本文将从摩擦力的基本原理、常见问题及其应用领域三个方面进行论述。
首先，摩擦力的基本原理是研究机械摩擦学问题的基础。
根据经典摩擦学理论，摩擦力可以分为干摩擦和润滑摩擦两种类型。
干摩擦是指两个接触物体表面之间没有润滑介质的情况下产生的摩擦力，这种情况下，摩擦力主要由两个接触面之间的形状不匹配和表面粗糙度引起。
而润滑摩擦则是指在接触面之间存在润滑剂时产生的摩擦力，润滑剂可以减少接触面之间的形状不匹配和表面粗糙度，从而减小摩擦力的大小。
其次，常见的机械摩擦学问题包括摩擦损失和摩擦磨损。
摩擦损失是指由于摩擦力的作用，在机械运动过程中能量被转化为热能而导致的能量损失。
减小摩擦损失对于提高机械系统的效率至关重要。
与此同时，摩擦磨损是指接触物体表面由于长时间的摩擦作用而产生的表面破损和材料的损耗。
摩擦磨损会导致机械部件的失效和寿命的缩短，因此需要采取一系列措施来减小摩擦磨损，如改变材料的摩擦性能、改进润滑系统和采用有效的磨损控制方法等。
最后，机械摩擦学问题的应用涉及多个领域。
在机械制造领域，摩擦学问题的研究可以帮助提高机械设备的效率和可靠性，从而减少能源和材料的消耗。
例如，在汽车制造中，摩擦学问题的研究可以帮助减小发动机的摩擦损失，提高燃油利用率。
在航空航天领域，摩擦学问题的研究可以用于减小飞机发动机的燃烧温度和减少部件的磨损，提高发动机的可靠性和使用寿命。
此外，机械摩擦学问题的研究还可以应用于润滑油膜断裂的预测和控制、摩擦阻尼器的设计和优化等方面。
综上所述，机械摩擦学问题的研究对于提高机械系统的效率和可靠性具有重要的意义。
通过研究摩擦力的基本原理，我们可以更好地理解摩擦现象的本质，从而采取相应的措施来减小摩擦损失和摩擦磨损。
摩擦学复杂系统及其问题的量化研究方法
摩擦学复杂系统及其问题的量化研究方法
摩擦学复杂系统与问题的量化研究方法
本报告旨在探讨如何有效量化研究复杂摩擦学系统及其问题。
摩擦学主要是研究不同表面之间滑动或滚动时发生的物理现象，它涉及到物理力学和数学方面的科学研究，由于摩擦学涉及到多种复杂因素，因此研究摩擦学复杂系统和问题需要采取有效的研究方法。
首先，我们需要通过系统性的观察，来确定不同摩擦学系统的结构和工作原理，以及不同类型的摩擦学问题的特点。
其次，应当对摩擦学中的基本参数，如力、能量、速度等进行准确的定量研究，以便对不同摩擦学系统及其问题之间的关系进行科学推断。
最后，研究者应当对研究目标和内容进行深入探讨，并结合实验或模拟结果，提出有效解决摩擦学问题的解决方案。
综上所述，量化研究复杂摩擦学系统及其问题的方法包括：系统观察、准确定量研究及深入探讨，并结合实验结果和模拟结果对问题进行解决。
有效的量化研究方法有助于更好地理解复杂摩擦学系统及其问题，以及更准确地估计摩擦力大小，从而为摩擦学问题的解决提供有效的技术支持。
结论：
本报告讨论了如何有效量化研究复杂摩擦学系统及其问题的量化方法，包括系统观察、准确定量研究和深入探讨，并结合实验结果和模拟结果对问题进行解决。
此外，还应当考虑到摩擦
力大小的正确估计，以期为摩擦学问题的解决提供有效的技术支持。
摩擦学的研究与应用
摩擦学的研究与应用摩擦学是物理学的一个分支，研究的是物体之间接触时发生的力和运动学问题。
摩擦力是一种常见的力，我们每天都可以体会到它的存在。
摩擦力是由相互接触的两个物体之间的粗糙度和压力等因素所引起的，能够使物体减速、停止或改变方向。
事实上，摩擦力是制约物体运动和使用的一个重要因素，是多种技术、工业和运动比赛等方面所需要掌握的重要科学。
在摩擦学的研究过程中，物质的摩擦性质是一个核心问题。
在常见的摩擦物质中，纯金属和合金的摩擦性质与它们的化学成分、结构、硬度等密切相关。
研究金属与合金的摩擦性质，在工业生产和设计应用方面有着非常重要的意义。
例如，钢惯统一公路老桥的主要桥面是用大体积石材铺成的，确保了车辆在转弯时有足够的摩擦力以避免滑行，该桥直到现在仍在使用。
除此以外，高分子材料的摩擦性质也是近些年来研究的重点。
这一领域的研究对于塑料制品、橡胶制品和磁带等产品的性能设计和质量改进具有重要意义。
例如，研究橡胶的摩擦性质，可以有效改善轮胎、地垫和橡胶密封件的使用寿命和性能。
在实际应用方面，摩擦学不仅被用在了机械和工业领域，还被应用于不同的领域和行业。
例如，运动鞋的设计需要考虑鞋底和地面之间的摩擦力，以确保运动员在运动过程中有足够的抓地力。
另外，在建筑领域，高楼大厦的地震防控工作需要综合考虑纵向和横向的摩擦因素，确保建筑物在地震时不会倒塌。
总之，摩擦学的研究和应用领域非常广泛。
无论对于工业生产还是日常生活，摩擦力都在我们生活中扮演着一个至关重要的角色。
通过对物体之间的力和运动学问题进行探究，我们可以更好地理解物理世界和科技发展的趋势。
基于一维弹簧振子模型的摩擦能量耗散机制的研究
基于一维弹簧振子模型的摩擦能量耗散机制的研究
郭宓;戴振东
【期刊名称】《机械制造与自动化》
【年(卷),期】2009(038)006
【摘要】为研究摩擦作用下能量在晶体中的耗散,以ANSYS建立了一维弹簧振子耦合结构,对模型进行瞬态动力学分析,得到了振子的速度、位移、动能和势能随时间历程的变化趋势.结果表明,在考虑振子之间的相互作用条件下,整个系统的能量和振子的运动状态都存在着明显的波动变化,波动是一个熵增的过程;总动能随时间推进分配到每个振子上的能量朝着平均化的方向发展,且能级越来越低.根据玻尔兹曼统计学观点,内能分布越平均,系统的熵值越大,可以近似证明摩擦过程的能量耗散机制.
【总页数】4页(P6-9)
【作者】郭宓;戴振东
【作者单位】南京航空航天大学,仿生结构与材料防护研究所,江苏,南京,210016;南京航空航天大学,机电学院,江苏,南京,210016;南京航空航天大学,仿生结构与材料防护研究所,江苏,南京,210016
【正文语种】中文
【中图分类】TH117.1
【相关文献】
1.基于SD振子的弹簧支撑模型隔振特性实验研究 [J], 王翠艳;杨小鑫;陈恩利
2.2015年“股灾”前后上证指数非对称研究——基于弹簧振子理论及TARCH模型 [J], 孙世楠;周博文
3.用动能定理研究滑动摩擦力作用下弹簧振子振动的终态位置和振动路程 [J], 张多生
4.摩擦力作用下定向移动弹簧振子的运动学研究 [J], 田晓艳; 张伟健; 冯卓宏; 陈志高; 陈志华
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第30卷第2期1998年4月 南 京 航 空 航 天 大 学 学 报Jo urnal o f Nanjing Univ ersity o f Aeronautics&Astronautics V o l.30No.2 Apr.1998试论摩擦学研究中的科学方法问题戴振东1) 薛群基2) 王 珉1)(1)南京航空航天大学机电工程学院 南京,210016)(2)中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑开放实验室 兰州,730000)摘要 摩擦学是工程先导性的学科高度交叉综合的前沿研究领域,是尚未成熟和最具活力的学科之一,它具有用户要求多样的特点。
近年来的大量实验结果对摩擦学理论产生了巨大的冲击。
为迎接挑战并更好地指导工业设计,须重新探讨摩擦学的研究方法,表征量的选择及其思想方法。
作者认为在继续开展摩擦学实验研究的同时,须大力推进理论研究,非平衡态热力学可做为该研究的基础,熵可用作为表征量。
研究中应特别重视过程非线性、可逆性和混沌性,并积极探讨摩擦自组织结构的形成条件及其工业应用的可能。
关键词:磨损;自润滑;摩擦学;非平衡态热力学;技术哲学中图分类号:T H117.1;T H117.2;N021 摩擦学研究的特点摩擦学是最古老同时又是尚未成熟和最具活力的学科之一。
钻木取火、滑冰、车轴轴承及油脂润滑,早就为人们认识和利用。
但另一方面,“摩擦学”这一名词提出不过30年,人们对摩擦力和磨损的产生机理等基本问题,对影响摩擦磨损的因素及其相互作用,还没有形成系统的认识和完善的理论。
摩擦学是工程先导性学科,同时其发展又强烈地依赖于现代科技的发展,并推动着相关学科的交融和前沿研究的深化。
航天工业推动了固体润滑的研究,微型机器人及高密度记录技术的发展,带动了纳米摩擦学的研究;传动系统的高速、重载,推动了摩擦化学(添加剂)的研究。
同时离子加速技术实现了材料的表面离子注入改性,从而大幅度提高了摩擦副的抗疲劳、耐蚀、耐磨等性能;激光技术用于材料的相变硬化和非晶化,已经显示出其优异的摩擦性能和广阔的应用前景;技术的发展,也为摩擦学研究提供了从更加精细的角度考查摩擦表面的相互作用的手段;利用摩擦机械活化作用进行新材料的制备或加速化学反应等方面的研究已为国内外学者所广泛重视。
摩擦学是学科高度交叉综合的前沿研究领域,它涉及化学、物理学、材料学、表面工程航空科学基金和中国科学院固体润滑开放实验基金资助项目。
收稿日期:1997-02-20;修改稿收到日期:1997-11-04第一作者 戴振东 男,副教授,1962年11月生。
236南 京 航 空 航 天 大 学 学 报第30卷学、数学、力学及热力学等边沿学科。
摩擦过程不仅影响因素多,而且存在复杂的非线性相互作用。
但目前工业设计上常用的摩擦学公式或原理却十分简单,如材料的摩擦系数等于实际接触面积A o上的剪切力F t与法向力N之比;摩擦力等于正压力乘以摩擦系数;磨损量被认为和滑动距离成正比等。
摩擦学和其他学科领域相比,其理论对设计的指导作用处于远远落后的地位[1]。
以机械工程为代表的摩擦学用户,对摩擦学元件性能的要求具有明显的多样性。
机械传动希望运动副具有最低的摩擦系数和磨损率;而交通上,车轮和路面间需有足够的摩擦,以保证驱动和刹车;制动器也要求具有高而稳定的摩擦系数;零件精加工的磨削、抛光过程,则希望保证表面质量的同时有较大的材料去除率(磨损率);高速重载下工作的齿轮、轴承的剧烈粘着磨损,往往造成不可预测的灾难性后果;而摩擦焊接的优越性正是对剧烈粘着磨损的利用。
摩擦学的研究成果多用于机械设备,但目前决定信息记录设备——磁盘、光盘的效率和寿命的主要因素,是接触部位的摩擦特性。
2 实验研究对摩擦学理论的冲击在长期和大量的实验研究中,人们已经发现了许多工业应用前景看好的摩擦学现象,尽管其发现背景和应用情况各不相同,但它们都对现有的摩擦学理论产生了巨大的冲击。
分别简述如下:摩擦表面熔融[2] 物体在冰面上滑动,局部受热引起冰面熔化产生水膜,使摩擦系数很小。
其动力学机制为固-液相变导致材料力学和热学参数的阶跃变化,形成含负反馈的机制和能量耗散的过程。
摩擦釉化 在一定的温度和气氛下,一些含有镍、铬和钛等元素的合金,与环境作用自发形成具有明显的减摩耐磨的氧化物釉质层,层的厚度可自行调整[3,4]。
其动力学机制是氧化膜的生成和磨损之间的竞争。
在较高温度下,化学反应易于获得足够的活化能,反应速度较高,使二者达到动平衡。
这个过程的非线性特征,体现在化学反应、材料力学性能和摩擦催化的加速作用等方面。
摩擦选择性转移膜[5] 由于表面物理、化学吸附而产生的一种摩擦相互作用,形成的保护膜内实现了易变形的扩散-空位机理,而无疲劳过程所固有的缺陷累积。
其动力学机制为电致吸附和机械磨耗之间的竞争。
吸附层使固相形成材料性能突变的结构(非线性)。
摩擦非晶态膜 铁在往复摩擦过程的外力作用下[6]、淬火马氏体钢在滚动摩擦作用下[7]、TiNi合金在喷丸冲击下[8],都会形成减摩非晶态膜。
这种材料逆发过程的变化,为摩擦耗散结构的形成提供了一个有力的旁证。
摩擦电作用[9] 摩擦自生电势和外加电压与摩擦系数和磨损相关性的研究表明,外加电压可使金属在干摩擦下的摩擦系数有大幅度降低,同时磨损率也有相当减少。
这一结果反映出摩擦过程中电作用是一个不可忽视的因素。
上述实验成果的共同特点是都含有非线性反馈控制因素,所形成的减摩耐磨“结构”,有一定的自适应性、自修复性和“活”性,但与Prig ogine所定义的“耗散结构”又不完全相同[10]。
虽然研究者作出了一些解释,但没有形成定量的模型,也没有和经典的摩擦学理论联系起来。
这些成果既展示了摩擦系统的丰富内涵和潜在工业价值,同时提示从新的角度开展研究的必要性。
3 摩擦学研究中表征量的选择和方法学摩擦学的工程先导性,决定了实验研究是主要的研究方法。
由于工程先导性带来的时间、经费上的限制和研究者学科背景的约束,使实验往往选择少数几个变量,在有限的区间内,用特定的实验机进行实验。
结果使每年发表大量的实验研究论文,所报告的数据包括最基本的摩擦系数和磨损率的值,都难有可比性。
为了使实验所获得的结果具有一定的工程指导性而提出的经验公式,选择的表征量也是各种各样的。
如耐磨性设计中硬度常作为主要参量;滑动轴承设计中油膜润滑区以最小油膜厚度与摩擦副表面粗糙度的比为主参量,而边界润滑区则以PV 值为表征量;齿轮胶合失效的设计和校核以齿面积分温度为表征量;润滑油选择上则重视极压特性;疲劳磨损则以接触应力为表征量等。
这一方面反映了摩擦学研究内涵的丰富性,另一方面也说明这一研究还缺乏系统性。
为了较好地指导工业设计,摩擦学不仅需要对具体问题做大量的实验研究,当前更需要对摩擦磨损过程开展深入的理论探讨。
Czichos [11]把系统论方法引入摩擦学,把影响因素分为功能、机械功、热和材料4个方面,定性讨论了各因素的相互作用。
Klamecki 最早用热力学的理论和方法研究摩擦过程,他从单相单组分的单体模型开始,再考虑双体模型,并提出摩擦过程稳定性问题,然后分析摩擦过程的能量耗散,并根据居里原理,分析了热产生和材料内部缺陷之间的关系[12]。
而Z imetrowicz [13]则采用唯象方法,引入张量分析和连续介质力学的相关理论,建立系统的控制方程、材料的本征方程、建立线性理论,然后再建立摩擦、磨损和摩擦热的本征方程,最后结合具体条件得出简化模型。
国内王汝霖、薛群基先生[14]强调了用热力学方法的重要性。
戴振东等[15]提出以熵为表征量,分别从热传导、扩散、粘滞性流动和化学反应4个方面对摩擦过程开展定量研究的思想。
汪久根先生[16]回顾了摩擦学与协同论交叉领域的研究进展,提出了研究摩擦系统的特征参数和序参数的必要性。
4 摩擦学研究中若干思想方法问题4.1 摩擦过程的非线性、稳定性与分支现象非平衡态热力学认为,非线性是走向有序的基本条件[17]。
摩擦过程的非线性主要为材料非线性和化学反应的非线性,它们既是造成失效的根源,又是形成“零磨损”状态的条件。
摩擦失效有渐进性和突发性两种,从热力学和系统的稳定性理论来看,渐进性失效由于便于预测,发展较慢,因而是期望的。
突发性变化则是一把两面有刃的刀,既可导致优异自组织的形成,又会引发突然失效。
关键看系统的参数使分支向那个方向发展。
在磨损熔融中,材料的机械强度可看成是二值函数,分别取材料的固态和液态值;材料的比热在熔点附近也是不连续变化的。
摩擦系数在熔点附近的大幅度降低,与上述参数的非线性变化有密切关系。
胶合是另一种形式的摩擦熔融,工况恶化时,油膜破裂,活性金属直接接触并粘着,摩擦发热使温度升高。
由于金属导热系数大,使表面下材料也发生弱化,从而导致大范围的塑性流动。
摩237第2期戴振东等:试论摩擦学研究中的科学方法问题238南 京 航 空 航 天 大 学 学 报第30卷擦系数进一步增加和温度的升高,使粘着趋势更强。
如此正反馈最终使摩擦副表面全面粘着,并在外力作用下撕裂,表现为齿轮的胶合和轴承的抱轴。
若向润滑油中加入极压添加剂,它们会在较高温度下和活性金属反应,生成低强度表面膜,使摩擦副返回到正常磨损状态。
另一方面它又是形成“零磨损”状态的条件,例如在摩擦釉化中,摩擦副表面由于摩擦催化作用,发生非摩擦状态下难以发生的化学反应,或提高反应的速度或反应生成物的厚度,高温微动磨损的试验研究证明,随着温度升高或者载荷及微动幅度(反映相对运动速度)的增大,釉化层的范围和其防护性能更佳。
这种情况下磨损率几乎为零,摩擦系数非常小。
物体在熔点附近的摩擦行为,也得益于材料力学性质的非线性。
4.2 磨损过程的可逆性与不可逆性磨损过程的可逆性与不可逆性是一对矛盾的统一。
例如摩擦过程中能量的衰减,从机械能转化为热能,与材料从基体的分离—产生磨粒,发生磨损是绝大多数磨损过程的一般规律。
但在一定的温度、环境、材料、载荷、速度条件下,铜-钢摩擦副表现出的磨损产物的循环转移不仅使磨损率几乎为零,而且摩擦系数也非常之小。
而这种相对可逆性及其实现的条件,正是摩擦学家所追求的目标。
摩擦熔融的可逆性,也是保持其低磨损和低摩擦的重要条件。
摩擦学研究的任务是发现可逆性,揭示可逆性与体系参数之间的关系,从工程应用出发,还需研究可逆性状态对体系参数变化的敏感性。
只有那些稳定性较好的可逆性过程,才具有工业价值。
稳定的范围及其敏感性可以通过试验确定,或者通过分析描述体系热力学行为的数学模型的稳定性来确定。
由于摩擦学尚不够成熟,缺乏一些基础数据,目前该方法有一定难度。
4.3 摩擦过程的确定性与混沌性。
回顾摩擦学的实验结果,其随机性较大是所有摩擦学家公认的,但过去往往把这种随机性归结为实验系统的误差,而较少讨论产生误差的根源。