摩擦学系统的系统工程_谢友柏
陕西省教员继续教育—公需科目《生态文明建设和环境保护》考试试题与答案(一)
陕西省2019年教师继续教育一公需科目？生态文明建设与环境保护?考试试题及答案（一）单项选择题（共30题，每题2分）1.1978年，全国科学大会在北京召开，西安交通大学计算机教研室的（）科研工程，以其创新性及填补国内空白的首创性被全国科学大会授予“全国科学大会奖〃（90年国家科委认定此奖项等同于“国家科技进步奖〃），也是交大计算机系获得的首个国家级科研大奖。
A.光笔图形显示器B.晶体二极管C.阻容元件D.电子管我的答案：A参考答案：A2.（）是第一位讲授机电学的中国教授，也是中国第一台交流发电机与电动机的研制者，被誉为“中国电机之父〃。
A.陈学俊B.彭真C.彭康D.钟兆琳我的答案：D参考答案：D3.汪应洛教授是我国管理工程学科的第一位博士生导师和博士后流动站导师,最早提出〔）理念，推动了国内培养具有双学位和MBA高级管理人才的教育。
A.从管理人才中培养工程师B.从工程师中培养管理人才C.同时培养管理与工程师人才D.培养卓越管理人才我的答案：D参考答案：B4.朱楚珠通过对女童死亡率的研究，建设了世界上第一个，也是唯一一个“改善女孩存在环境试验区〃，直接推动了国家关爱女孩行动，其地点在（）oA.陕西洛川B.陕西商南C.安徽巢湖D.安徽蚌埠我的答案：C参考答案：C5.由西安交通大学姚熹教授发起创办的（）期刊是国际上唯一涵盖电介质所有研究领域的期刊。
A.?JAD?B.?JDA?C.?JPA?D.?JFA?我的答案：A参考答案：A6.1959年7月31日，国务院发出（L同意教育部关于交通大学上海、西安两个局局部别独立成为上海交通大学和西安交通大学，以及两校分设后假设干具体问题的处理意见。
A.?关于在高等学校中确定一批重点学校的决定？B.?关于交通大学上海、西安两个局局部别独立成为上海交通大学和西安交通大学的批复？C.?关于交通大学上海、西安两个局局部别独立成为两个学校的报告？D.?关于交通大学迁校及上海、西安有关学校的调整方案的报告？我的答案：B参考答案：B7.朱城教授著成堪与国际大师铁木辛柯相媲美的中国版?材料力学？，被誉为中国的（），为国内首批工程力学专业的创办做出了重要奉献。
内燃机气缸套失圆对活塞动压润滑和摩擦特性的影响
第25卷 第3期摩擦学学报V o l 25, N o 32005年5月TR I BOLO GYM ay ,2005内燃机气缸套失圆对活塞动压润滑和摩擦特性的影响余志壮1,宋正华2,董光能1,谢友柏1(1.西安交通大学机械工程学院,陕西西安 710049;2.洛阳轴承集团公司技术中心,河南洛阳 471039)摘要:根据流体动力润滑理论与活塞动力学方程建立了相关分析模型,在考虑内燃机工作过程中实际存在的气缸套失圆变形基础上,分析了活塞的横向运动,考察了活塞裙部的压力场和摩擦特性.结果表明:与不考虑失圆变形时相比,考虑失圆变形时的润滑油膜压力场的峰值降低,裙部流体压力负荷得以缓解;考虑失圆变形后的摩擦力和摩擦功耗增大,失圆程度越大,所产生的摩擦力和摩擦功耗的增量越大.因此,在活塞设计过程中应当重视失圆变形对活塞裙部润滑和摩擦特性的影响.关键词:内燃机;活塞;润滑;摩擦中图分类号:TM 117.2;H T 117.3文献标识码:A文章编号:100420595(2005)0320243205 内燃机活塞裙部的裂纹是引起活塞失效的主要原因之一,因此有必要深入分析活塞裙部润滑油膜压力及摩擦特性.在内燃机工作过程中,气缸套传导气缸内的高温负荷,气缸套与活塞之间形成交变动压润滑,活塞往复运动则不断产生摩擦作用.在这些热应力、流体力和摩擦力作用下,活塞裙部润滑状态及气缸套的变形极其复杂.桂长林等[1～3]分析了有关活塞的混合润滑与摩擦,H ito sugi 等[4]通过观察证实了工作状态下存在的气缸套周向变形,M a 等[5]则指出了这种复杂周向变形的可描述性.本文作者针对工程应用中的活塞裙部失效现象,结合气缸套周向变形分析,在耦合气缸孔周向变形的条件下分析了活塞裙部动压润滑特性和摩擦力.1 活塞动力学方程活塞横向运动的动力学方程为:m p in 1-a L+m p is 1-b Lm p in +m p isb LI p is L +m p is (a -b )1-b L m p is (a -b )bL -I p is Le βt e βb=F h +F s +F f tg ΑM h +M s +mf(1)上式为二阶非线性方程组,e βt 、e βb 分别为活塞裙部顶端和底端横向运动加速度,m p is 和m p in 分别为活塞和活塞销质量,a 和b 分别是活塞销心及质心至裙部顶端的距离,L 是活塞裙部长度,I p is 是活塞对其质心的转动惯量.F h 、M h 、F f 和M f 是由活塞裙部和缸套间的流体动压作用产生的力和力矩,以及裙部的摩擦力和摩擦力矩,需采用流体动力润滑理论来确定.Α表示连杆角,F s 和M s 是与活塞轴向加速度、燃烧室气体压力及连杆角有关的物理量.上述动力学方程及物理量F s 和M s 的表达式详见文献[6].2 气缸套的失圆变形M a 等[5]采用组合级数函数描述了实验测量的气缸套周向变形.在多缸机气缸孔直列方向的两侧,各有一排用于安装气缸盖的螺栓,即每1个气缸沿周向均布有4个螺栓;在该螺栓长度以下,气缸套呈现出4凸峰特征的失圆变形,凸峰的峰顶方向同安装螺栓相对.图1示出了气缸套失圆变形示意图.变形后的气缸孔相对于理想圆形的偏移(∃r )可表示为:∃r (Η)=∑ni =2(Aico s i Η+B i sin i Η).(2)式中:A i 和B i 是i 阶傅立叶系数;n 是级数的最大阶数.对直列多缸机来说,活塞横向运动的方向与缸孔基金项目:国家自然科学基金资助项目(50175088);日本T TR F 基金(T aiho Kogyo T ribo logy R esearch Foundati on )资助项目(10444481).收稿日期:2004208223;修回日期2005201208 联系人谢友柏,e 2m ail :ybxie @m ail.xjtu .edu .cn .作者简介:谢友柏,男,1933年生,教授,博导,中国工程院院士,目前主要从事内燃机摩擦学和动力学研究.F ig 1 D isto rti on out of round in cylinder bo re图1 气缸孔的失圆变形排列方向垂直,与气缸套变形的凸峰方向成45°角.气缸孔产生周向变形后,对理想圆形的最大径向偏移值为∃r m ax ,最小径向偏移值为∃r m in .以∃r 表示气缸孔失圆度,则:∃r =∃r m ax -∃r m in(3)3 流体动力润滑分析采用Patir 等[7]提出的流量模型计算活塞和缸套两粗糙表面间的流体动压作用力.在程序计算中,对平均R eyno lds 方程进行无量纲化处理;为便于对摩擦力进行说明,给出如下含量纲的平均R eyno lds 方程:5R 5Η5x h 35p h R 5Η+55z 5z h 35p h 5z=6ΛU5h θT 5z +Ρ55s5z+12Λ5h θT 5t (4)式中:5x 和5z 为压力流量因子;5s 为剪切流量因子;h 为名义油膜厚度;h θT 为实际油膜厚度均值;p h 为油膜压力;U 为活塞速度;Ρ为综合粗糙度;Λ为润滑油动力粘度;z 为从裙部顶端向下的轴向坐标;Η为沿裙部表面的某一位置周向夹角;t 为时间;R 为活塞半径.式(4)中油膜厚度均值和挤压膜项可由下式给出:h θT =C +e t co s Η+[e b -e t ]・zLco s Η+f (Η,z )+∃r (Η).(5)5h θT 5t =co s Ηe αt 1-z L +e αb z L.(6)式中:C 为活塞裙部与缸套间的公称间隙;e t 和e b 表示活塞裙部顶端和底端的横向位移;e αt 、e αb 表示横向速度;f (Η,z )为裙部廓型函数.采用的压力边界条件为:5p h 5ΗΗ=0=5p h5ΗΗ=Π=0p h (Η,0)=p h (Η,L )=0p h =0 Η1≤Η≤Π-Η2(7)根据式(4～7)进行计算可求得活塞裙部油膜压力p h ,通过对流体压力场进行积分[6]可求得流体力F h 和流体力矩M h .由流体动压引起的剪切力为:Σ=-ΛU h (5f +5f s )+5f p h 25p h5z.(8)式中:5f 、5f s 和5f p 为剪切应力因子.通过对剪切应力场进行积分[6]可求得摩擦力F f 和摩擦力矩M f .4 计算过程采用B royden 法求解动力学方程,采用Galerk in法和超松弛迭代法(SOR )求解R eyno lds 方程.计算过程如下:①首先给定位移e t 、e b 和速度e αt 、e αb 的初值,再由式(4～7)可以求解油膜压力p h ,即可求出F h 、M h 以及F f 、M f .按各步长计算,将雷诺方程求解结果代入式(1),求得e αt 、e αb ,进而可求出e βt 、e βb ,通过返回计算进行修正,即可得到合适的e αt 、e αb .②循环计算的收敛条件为:e t (n )-e t (0) <Ε1e b (n )-e b (0) <Ε2式中:Ε1和Ε2为收敛精度;0表示循环周期开始;n 表示循环周期末端.5 结果与讨论计算采用汽油机主要输入参数:R =45.97mm ,L =55mm ,a =17.7mm ,b =8mm ,m p is =1.015kg ,m p in =0.26kg ,I p is =0.0019N ・m 2,Ρ=0.793Λm ,Λ=0.016Pa ・s ,承载角为50°,气缸套内径92mm ,曲柄的半径为46mm ,连杆的长度为168mm ,转速为2500r m in .在不同工况下,气缸套承受的缸内负荷不同;M a 等[5]描述的失圆度∃r 为17.5Λm ,实际上现代高速发动机的气缸变形大于该数值,为了方便起见,本文仍按该失圆度进行计算分析.图2(a )示出了不考虑失圆变形情况、曲轴转角为210°时的油膜压力场,压力峰值为291.1kPa ;图2(b )示出了考虑失圆变形情况、曲轴转角为210°时的油膜压力场,压力峰值为265.0kPa .程序计算中对活塞和缸套两表面之间的油膜进行网格划分,沿裙部长度方向划分网格数为11,沿裙部360°圆周方向每10°划分1个网格,因此图2中坐标l 的最大值为11,Η的最大值为36.图2(a 和b )中的压力区出现1次峰值,该压力区位于次推力边的一侧,活塞的横向运动偏向次推力边.在某些曲轴转角位置,例如在曲轴转角为480°时,油膜压力会出现2次峰值,说明此时压力区位于442摩 擦 学 学 报第25卷主推力边的一侧.这与文献[8]报道结果一致.由于气缸套失圆,两表面间形成不均匀的周向间隙,曲轴箱内的润滑油通过飞溅填充于增大或减小的间隙之间而起润滑作用;在间隙增大的区域内压力降低,而在间隙减小的区域内并不产生更强的挤压效应,因此总体而言压力峰值有所降低,裙部的流体压力负荷得以缓解.图3(a )对比示出了不考虑汽缸失圆变形与考虑汽缸失圆变形时的活塞裙部摩擦力,图3(b )对比示出了不考虑汽缸失圆变形与考虑失圆变形时的活塞裙部摩擦功耗.可以看出,考虑失圆变形后的摩擦力和摩擦功耗都有增大.其原因在于,就存在横向运动的活塞来说,汽缸发生失圆变形后,活塞和缸套间的最小油膜位于活塞裙部承载角范围的中部,此时的最小油膜厚度及承载角内部分区域的油膜厚度都小于理想圆形汽缸相应的油膜厚度,从而导致摩擦力增加.该计算结果与H idesh i 等[9]关于气缸孔失圆的实验结果相一致.图4(a 及b )示出了不同汽缸失圆度条件下产生的摩擦力和摩擦功耗的增量.可以看出,当气缸套的失圆程度增加时,摩擦力和摩擦功耗增量相应增大.6 结论a . 考虑气缸套失圆变形后,活塞和缸套两表面间的油膜压力降低,裙部的流体压力负荷得以缓解.b . 考虑气缸套失圆变形后,最小油膜厚度以及承载角内部分区域的油膜厚度都小于理想圆形汽缸相应的油膜厚度,活塞裙部摩擦力和摩擦功耗增加.与不考虑失圆变形时相比,失圆变形程度越大,产生的摩擦力和摩擦功耗的增量也越大.c . 内燃机工作过程中必然发生气缸套不均匀失圆变形,这导致摩擦增加并对活塞裙部产生不利影响,故在活塞设计中应当高度重视气缸套不均匀失圆变形的影响.542第3期余志壮等: 内燃机气缸套失圆对活塞动压润滑和摩擦特性的影响参考文献:[1] 桂长林.影响内燃机活塞环2缸套擦伤的因素及防擦伤的摩擦学设计[J ].摩擦学学报,1998,18(3):2832288.Gui C L .T he effect of vari ous facto rs on the scuffing of p iston ring 2cylinder liner in internal com busti on engine and the m easure fo r anti 2scuffing tribo logical design [J ].T ribo logy ,1998,18(3):2832288.[2] H u Y Z ,Cheng H S .N um erical si m ulati on of p iston ring inm ixedlubricati on [M ].P ro ject R epo rt ,N o rthw esternU niversity ,1992.[3] 于旭东,杨俊伟,王成焘,等.活塞与活塞环表面稀土自润滑摩擦学改性研究[J ].摩擦学学报,2002,22(5):3642367.Yu X D ,Yang J W ,W ang C T ,et a l .T ribo logical surface modificati on of p iston and rings by rare earth self 2lubricati on p rocess [J ].T ribo logy ,2002,22(5):3642367.[4] H ito sugi H ,N ago sh i K ,Ebina M ,et a l .Study on cylinderbo re defo r m ati on of dry liner in engine operati on [J ].JSA E R eview ,1996,17:1132119.[5] M a M T ,Sm ith E H ,Sherrington I ,et a l .A nalysis of lubri 2cati on and fricti on fo r a comp lete p iston 2ring pack w ith an i m p roved o il availability model ,Part 2:circum ferentiallyvariable fil m [J ].Part J :Journal of Engineering T ribo logy ,1997,211(J 1):17227.[6]L iu K ,X ie Y B ,Gui C L .Comp rehensive study of the fricti onand dynam ic mo ti on of the p iston assem bly [J ].P roceedings of the Instituti on of M echanical Engineers ,Part J :Journal of Engineering T ribo logy ,1998,212(3):2212226.[7] Patir N ,Cheng H S .A pp licati on of average flow model tolubricati on betw een rough sliding surfaces[J ].A S M E J L ubri T ech ,1979,101(4):2202230.[8] Gerges S N Y ,D eluca J C ,L alo r N .T he influence of cylinderlubricati on on p iston slap [J ].Journal of Sound and V ibrati on ,2002,257(3):5272557.[9] H idesh i H ito sugi ,Katsuyuk i N ago sh i ,M asaharu Kom ada ,eta l .Study on m echanis m of lubricating o il consump ti on causedby cylinder bo re defo r m ati on [J ].SA E Paper ,960305,1996,1472156.642摩 擦 学 学 报第25卷I nf luence of Cyli nder L i ner Out -of -Roundness on D ynam ic L ubr icationand Fr iction Character istics of P istonYU Zh i 2zhuang 1,SON G Zheng 2hua 2,DON G Guang 2neng 1,X IE You 2bai1(1.D ep art m ent of M echanical E ng ineering ,X i ’an J iaotong U niversity ,X i ’an 710049,Ch ina ;2.Center of T echnology ,L uoy ang B earing Corp ,L uoy ang 471039,Ch ina )Abstract :T he p ressu re fields and fricti on fo rces at the sk irt of the p iston w ere analyzed by u sing relevan t m athem atic m odels based on hydrodynam ic lub ricati on theo ry and p iston dynam ics .T hu s the tran sverse m ovem en t of the p iston w as analyzed and the p ressu re field and fricti on fo rces at the sk irts of the p iston w ere calcu lated by tak ing in to accoun t the ou t 2of 2roundness of the cylinder liner p roduced in the runn ing of the gaso line engine .T he resu lts indicated that the p eak value of the p ressu re field of the o il fil m decreased and the fricti on fo rces at the p iston sk irt increased after con sidering the ou t 2of 2roundness of the cylinder liner .T he larger the degree of the ou t 2of 2roundness of the cylinder liner ,the larger the increm en ts of the fricti on fo rce and fricti on pow er con sum p ti on .T hu s it w as i m perative to take in to accoun t the effect of the cylinder liner ou t 2of 2roundness on the lub ricati on and fricti on characteristics of the p iston sk irt in the design of the p iston .Key words :in ternal com bu sti on engine ;p iston ;lub ricati on ;fricti onAuthor :X IE You 2bai ,m ale ,bo rn in 1933,P rofesso r ,M em ber of CA E ,e 2m ail :ybx ie @m ail.x jtu .edu .cn 742第3期余志壮等: 内燃机气缸套失圆对活塞动压润滑和摩擦特性的影响。
弘扬爱国主义精神-公需课试题及答案
弘扬爱国奋斗精神，建功立业新时代单选题（共30题，每题2分）1 ．1956年《论十大关系》发表，沿海建设提上日程，上海也需要交大支持，交大西迁讨论随之陷入骑虎难下的局面，哪位领导（）出面，邀请沪、陕两地师生代表同赴中南海座谈，解决争议。
∙A．杨秀峰∙B．周恩来∙C．朱德∙D．陆定一我的答案： B参考答案：B答案解析：暂无2 ．被交大学生赞誉为讲坛“常青树”的西迁学者是（）。
∙A．彭康∙B．姚熹∙C．马知恩∙D．钟兆琳我的答案： C参考答案：C答案解析：暂无3 ．江泽民学长先后（）次专程回母校看望师生，称赞校园苍松翠柏，环境优美，是学习的好地方，应该出科学，出智慧，出新的科学家。
∙A．2次∙B．3次∙C．4次∙D．5次我的答案： C参考答案：C答案解析：暂无4 ．姚熹，西安交通大学教授，国际知名的材料科学家，他是国际陶瓷科学院院士，是我国在（）研究方面的主要奠基人之一，并被国内外同行看成是我国在这一领域的学术带头人和代表。
∙A．陶瓷∙B．铁电陶瓷∙C．电子瓷器∙D．电子器件我的答案： B答案解析：暂无5 ．朱城教授著成堪与国际大师铁木辛柯相媲美的中国版《材料力学》，被誉为中国的（），为国内首批工程力学专业的创办做出了重要贡献。
（铁木辛柯著《材料力学》，为世界科技名著）∙A．“铁氏材力”∙B．“朱氏材力”∙C．“工程材力”∙D．“力学材力”我的答案： A参考答案：A答案解析：暂无6 ．为尽快培养新的骨干力量，彭康主持制订了师资培养规划，并专门成立（）来加强师资建设和管理工作，成为全国高校机构设置中的一个创举。
∙A．教师科∙B．师资科∙C．高层办∙D．骨干科我的答案： A参考答案：A答案解析：暂无7 ．为了独立自主地发展我国的电力工业，从20世纪50年代中期开始，陈学俊就根据我国能源资源特点，结合教学与研究生培养工作，在国内率先开展（）研究，为我国电站锅炉设计提供了理论依据。
∙A．气固两相流与气液两相流研究∙B．气固两相流研究∙C．气液两相流研究∙D．锅炉设计研究我的答案： A参考答案：A答案解析：暂无8 ．西安交通大学姚熹教授牵头成立了（），帮助日本、韩国、泰国、马来西亚等国的科研发展，力推俄罗斯、法国、德国等国家的国际合作，为电子陶瓷行业的发展做出很大贡献。
四缸内燃机机体结构模态分析
文章编号:1000-0909(2002)01-0075-04200017四缸内燃机机体结构模态分析王义亮,谢友柏(西安交通大学润滑理论及轴承研究所,陕西西安710049) 摘要:以某直立四缸柴油机为例,用Pr o/Eng ineer软件在建立底部被约束的机体三维实体模型的基础上,对机体结构进行了约束模态的有限元分析,得出了机体结构的前20阶约束模态的固有频率及相应振型,并与机体自由模态分析结果进行了比较。
结果显示出了机体各部分结构振动的强弱分布以及抗振薄弱区,揭示了不同频率范围内机体结构振动模态的特点。
同时,分析结果表明:约束模态的固有频率及振型都与自由模态有显著的差别,因此考虑约束边界条件的机体模态分析对揭示机体结构的动力学特性是非常有必要的。
关键词:四缸内燃机;机体;模态分析中图分类号:T K423.1 文献标识码:A引言 从20世纪中期以来,为了达到使内燃机减振、降噪、质量轻、高效率等目的,国内外的有关研究人员在内燃机动力学分析与研究方面已经做了大量的工作。
但以往的研究工作大多局限于单缸内燃机,且机体模型往往都被简化为板-梁组合结构,而较少采用实体模型。
事实上,由于多缸内燃机的结构比单缸内燃机复杂得多,而且在其工作过程中受到的激振力很多,所以对其动力学行为进行深入、透彻的研究就显得尤为重要了。
此前,作者已对某四缸柴油机的机体做了在无约束情况下的结构模态分析,并取得了较为满意的结果[1]。
尽管相对而言,在无约束情况下的自由模态分析较为简单、方便,得到的分析结果在一定程度上也能反映出内燃机机体的结构动力学特性,但由于内燃机在实际工作过程中,机体并非处于完全自由状态,因此由自由模态分析所得到的结果与机体的实际结构动力学特性之间将不可避免地存在着差别。
而且在应用模态叠加法进行机体结构动力响应分析时,必须事先得到机体的约束模态。
因此,为了更加准确、深入地揭示多缸内燃机机体的结构动力学特性,以便为以后进行机体结构动力响应分析等进一步的研究工作提供更加充分的指导和依据,在此对同一四缸柴油机机体进行了有约束情况下的结构模态分析。
(宿月文,中国机械工程,2013)滑动磨损过程有限元分析及销磨损预测
滑动磨损过程有限元分析及销磨损预测宿月文 陈 渭 朱爱斌 谢友柏西安交通大学现代设计及转子轴承系统教育部重点实验室,西安,710049摘要:应用有限元理论和数值仿真方法,建立了滑动磨损过程预测模型,并采用ANS YS 软件开发了通用程序。
引入磨损步长的概念和移动接触边界节点的方法来描述材料的去除过程,利用结构优化算法中的边界位移法解决了边界节点变动导致的内部网格畸变问题;然后通过方块-圆环磨损试验证明了上述方法的可靠性;最后,应用该方法对某起吊设备的销连接副接触磨损进行了分析与预测,其误差约为12%。
结果表明,应用有限元方法从宏观接触的角度对磨损过程进行预测,可大大提高计算效率,为工程磨损设计提供了现实可用的工具。
关键词:滑动磨损;磨损建模;有限元方法;仿真中图分类号:TH 117.1 文章编号:1004—132X (2009)13—1573—04Simulation of Sliding W ear Based on Finite Element Method andIts Application to Wear Prediction of Link Pivot Joint Su Yuew en Chen Wei Zhu Aibin Xie Yo ubaiXi 'an Jiao to ng U niversity ,Key Laboratory of Education M inistry fo rModern Desig n and Ro to r -Bearing Sy stem ,Xi 'an ,710049A bstract :A sliding w ear simulatio n approach based o n Archard 's wear law w as proposed ,in w hich the prog ressive accumulatio n of w ear in m etal pin was sim ulated w ith ANSYS softw are .Re -m oval o f mate rial caused by wear w as implem ented by moving bo undary nodes .Po ssible mesh disto r -tion due to repo sitio ning boundary nodes w as se ttled using boundary displacement me thod fro m struc -tural shape optimiza tion .Throug h discretizing w ear process into wear simulation step ,total w ear vo l -ume w as calculated using Euler integ ratio n schem e .Tw o block -on -ring expe riments w ere per -fo rm ed to validate abo ve w ear prediction metho d .Then wear pro blem of pin pivot joint in lifting sys -tem w as analyzed and predicted with e rror o f 12%.Results show that the com plex nonlinear w ear pro cess can be simulated with a series o f discrete quasi static mo dels based on FEM ,and the method pro po sed can be as an available too l to predict w ear problem s fo r engineering .Key words :sliding wear ;w ea r modeling ;finite elem ent m ethod (FEM );simulation收稿日期:2008—09—02基金项目:国家自然科学基金资助项目(50805115);高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20050698016)0 引言磨损是造成机械零件功能退化以致失效的重要因素。
摩擦学(第一讲)
Low friction coating Surface texture control
Durability
Wear resistant coating for aluminum bores
Environment
Need better material and /or finish for reduced oil consumption
关于可生物降解的润滑剂的研究主要涉及生
物降解性、毒性、职业安全与卫生以及排放 等方面。此外，还研究了以植物油改性后生 产出的可生物降解的润滑油（脂）。
国外已有多种环境友好润滑剂的商品，其 需求量逐年上升，它将逐步取代矿物基润滑 油。
摩擦噪声的防治
主要研究了对环境产生噪声污染严重的高
频尖啸摩擦噪声（1-15KHz）产生的机理。 提出了各种可定性分析的理论模型，还研究 了摩擦副表面形貌对摩擦噪声的影响。
摩擦学
课程安排如下： 第一讲：绪论——摩擦学发展与展望 第二讲：磨损表面形态与固体摩擦 第三讲：磨损机理与分类 第四讲：流体润滑与Reynolds方程 第五讲：弹性流体润滑 第六章：磨损检测与失效分析（一） 第七章：磨损检测与失效分析（二） 第八讲：油液分析在线检测技术专题 第九讲：汽车脂润滑专题 第十讲：纳米摩擦学专题
主要结论
重视润滑技术，每年在工业上可节约 5亿英镑，并可大大提高技术的发展速 度，为实现国家经济目标做出非常重大 的贡献； 为了消除Lubrication一词的局限性以 至忽视这门边缘学科，建议采用 Tribology（摩擦学）一词来表达这门学 科的内涵。
此外国内外的一个普遍共识
1、全世界有30——50%的能源是以各种形式 消耗在摩擦上 2、摩擦导致的磨损是机器设备失效的主要原因 3、大约80%的损坏零件是由于各种形式的磨损 引起的 4、摩擦学是一个涉及多和学科的系统科学。
内燃机活塞环开口重叠的摩擦机理分析
活塞环是发动机的关键零件 ’ 其主要作用是构成 摩擦副以及密封活塞与气缸的间隙 7 活塞环装配时 ’ ! 个 气 环的开口位 置 通 常 错 开 一 定 角 度 7 然 而’ 对运转 一 定 周期后的内燃机进 行 检 查 时 常 常 发 现 !个 气 环 的开口位置重叠在一起 ’ 这种现象在工程实际中称为 活 塞 环的 D 对口 E 活塞 环 的 开 口 一 旦 重 叠 ’ 即形成最 7 短 的 气流通道而 造 成 窜 气 量 增 加 ’ 气 缸 压 力 下 降’ 内 燃机动力性 ? 经济性降低 ’ 工作可靠性变差 7 活塞环的 开 口 重叠是发动机设计 者 和 使 用 者 都 面 临 的 困 惑 和 难题 7 目前普遍认为活塞环的开口重叠是由于加工原 因 或 过度磨损所 致 7 在 工 程 实 际 中’ 对于发现了出现 开口重叠的活塞环组只能进行更换 7 针对多年来悬而 未决的该实际工程问题 ’ 我们借助于内燃机摩擦学领
西安交通大学现代设计及转子轴承系统教育部重点实验室陕西西安上海交通大学现代设计研究所提出了活塞环随活塞同步转动的判别条件负偏转引起活塞往复转动摩擦机理中图分类号其主要作用是构成摩擦副以及密封活塞与气缸的间隙对运转一定周期后的内燃机进行检查时常常发现这种现象在工程实际中称为活塞环的即形成最短的气流通道而造成窜气量增加活塞环的开口重叠是发动机设计者和使用者都面临的困惑和难题目前普遍认为活塞环的开口重叠是由于加工原因或过度磨损所致对于发现了出现开口重叠的活塞环组只能进行更换针对多年来悬而未决的该实际工程问题我们借助于内燃机摩擦学领域已经取得的研究成果从机理上进行了深入的研究和分析期望为相关内燃机设计和使用提供理论指导连杆轴颈偏转角计算内燃机各缸的动力输出由曲轴传递缸连杆轴颈在相邻侧的末端受到圆周力连杆轴颈末端的圆周力与活塞销质量之和是曲柄半径与连杆长之比作用下的偏转角曲柄的扭转使连杆轴颈产生另一偏转角活塞环随活塞转动的附着力矩连杆轴颈的偏转使活塞产生转动活塞环槽则带动活塞环一起转动当活塞环与环槽发生相对滑移的瞬间该作用力矩称为活塞环对活塞的附着力矩是活塞环往复惯性力分别是某气环两侧气压的较大值和较小值活塞环桶面承受的阻力矩活塞环周向转动时是周向某一位置角坐标活塞环承受的气体摩擦力矩两气环之间流道中的气体对活塞环侧面产生摩擦作用可根据当量圆形截面面积求出气体流道由活塞环侧面的计算只计入由活塞环环面构成的周边界面活塞及活塞环的转动连杆轴颈偏转引起的活塞转动称为活塞环转动阻力矩活塞环能够随活塞同步转动活塞环不能与活塞保持同步而是与活塞之间发生相对转动式中积分区间取工作循环内转动阻力矩大于附着力矩的各个区间第一环的开口位置通常随第二环逆时针旋转当气体从第一环的开口进入两环之间的通道后气体会按两环开口之间形成的最短通道而从第二环的开口流入曲轴箱活塞环的转动速度极其缓慢如果需要对长期的转动进行计算可在计算中根据两环开口的不同位置和气体流向求解过程与实例分析用牛顿迭代法对活塞环载荷方程求解桶面阻力矩和气体摩擦力矩后可确定活塞环转动阻力矩大于附着力矩的各个区间正值表示连杆轴颈变形与曲轴转动方向相同二气环附着力矩与转动阻力矩的对比图中横向坐标仅标出附着力矩小于转动阻力矩的存在区间活塞环发生相对于活塞的转动附近发生相对转动第二环发生转动的区间大于第一环第一环转动开口位置会发生周期性相遇这是因为两环的开口正好转到相同的位置而采用更换活塞环的
设计科学中的四个基本定律-谢友柏院士
设计科学中的四个基本定律——解决经济增长方式转变必须要研究的问题谢友柏ybxie@创新是国家的国策，经济增长方式转变要依靠创新驱动。
设计科学与创新有什么关系？这是本文要讨论的。
有没有设计科学？如果有，什么是设计科学？这个问题已经争论了几十年。
上海交通大学和西安交通大学的有关团队，在自然科学基金长期支持下经过近20年的研究，已经可以明确地回答这个问题。
首先，要定义什么是设计？我们认为：设计是人类一切有目的活动的起点。
人类一切有目的活动，都可以分为设计和实施两个部分。
设计和实施，往往不能够在一个活动过程中截然分开，实施中需要设计，而设计中为了估计其可行性，也需要通过小规模实施来检验。
设计科学就是关于设计基本规律的研究。
某一特定领域的设计基本规律，不一定能够成为设计科学的内容，它们研究的是该领域的基本规律，不能回答其他领域的设计问题。
例如，摩擦学设计中的摩擦学三个公理，结构设计中的等强度原理，热机设计中的热力学定理等等。
创新是人类一项有目的活动。
创新不是标签，创新是为了竞争取胜。
所以创新必须包含两个要素：采用此前未曾用过的知识，实现现在不能满足的需求。
创新也有设计和实施两个部分。
没有正确的设计，就没有成功的创新。
什么是正确的设计？既然设计是一切有目的活动的起点，人们每天都在设计，往往觉得设计是很平常的事，所谓眉头一皱，计上心来，靠拍脑袋就能把设计做出来。
事实上，许多人都是这么想和这么做的，不认为存在支配人们正确设计的基本规律，也就是设计科学。
许多事情，包括想创新，实施以后却达不到预期目标，甚至效果适得其反，就是因为在设计时没有尊重设计科学的基本规律。
设计科学有丰富的内容，目前还很少有完整的研究结果发表。
我们研究了其中的四个基本定理。
它们是：（1）设计以已有知识为基础定律。
（2）设计知识的不完整性定律。
（3）设计以新知识获取为中心定律。
（4）设计知识的竞争性定律。
这四个定律都和设计知识有关。
什么是设计知识？简单地讲，就是回答一个设计问题的答案。
内燃机摩擦学系统耗散结构理论分析
内燃机摩擦学系统的耗散结构理论分析摘要：以摩擦学的三个公理为基础，提出摩擦学系统复杂性的具体定义，回答“什么是摩擦学？什么是摩擦学系统？什么是内燃机摩擦学系统的功能？内燃机摩擦学系统是一个多学科、多系统、多部门相互关联的复杂系统，也是一种耗散结构，与外界环境存在能量、信息的交换，所以适合用耗散结构理论进行描述。
运用耗散结构理论来研究内燃机摩擦学系统自组织机理，提出内燃机摩擦学系统熵的概念，详细阐述影响内燃机摩擦学系统熵的内、外部因素。
摩擦学系统具有动力性、非线性、随机性、混沌性和分形性, 并且指出摩擦学系统是一个复杂的非线性动力系统。
对摩擦学系统进行仿真研究，深入分析摩擦学系统的系统特性和状态特性的关系，才能实现摩擦学系统的特性智能化描述，为摩擦学设计提供进一步支持。
长期以来，人们为复杂且变化莫测的摩擦磨损现象所困惑. 为了实现机械系统的摩擦学主动设计和控制，人们始终坚持对摩擦学定量规律的探索和研究。
Amon tons 和Coulomb 提出的摩擦力与接触正压力成正比的摩擦定律[1] ，Archard 提出的材料磨损与载荷和滑动距离成正比的磨损规律[2] ，以及当今许多著名摩擦学学者的研究成果，都以寻找解释和表征摩擦学现象的定量方法为目的。
然而，实际的摩擦学系统是多样学科行为相互耦合的复杂非线性动力系统，因此有必要将摩擦学研究的主导方法同动力学相联系，用动力学理论来解释这个系统所表现出的摩擦磨损行为，以推进摩擦磨损规律的量化研究。
1 摩擦学复杂系统复杂性科学将复杂性粗略地定义为对初始状态的敏感的依赖性以及与这种敏感依赖性相联系的每一事件，或表征人们在描述或构造一个系统时所必需遵循的一组指令的长度[3] 。
一般认为，“由大量数目的部分所构成” 和“具有复杂的行为” 是复杂系统的基本特征[4] 。
摩擦磨损是一个复杂的过程. 发生在摩擦学系统内的摩擦磨损行为所表现出的对初始条件的敏感依赖性、变化过程的不稳定随机性以及时间和空间的不规则性等，都表明摩擦学系统是一个非常复杂的系统。
摩擦学的三个公理
第21卷 第3期摩擦学学报V o l21, N o3 2001年5月TR I BOLO GY M ay,2001摩擦学的三个公理谢友柏(西安交通大学润滑理论及轴承研究所,陕西西安 710049)摘要:讨论了摩擦学发展中存在的问题.指出作为一门非常重要的应用基础学科,摩擦学在继承摩擦、磨损和润滑几千年来积累起来的理论成果和应用成果的基础上,没有建立与摩擦、磨损和润滑相比有所发展且与自身的定义和性质相适应并可以支持自身独立发展的理论体系和方法体系.提出摩擦学中存在3个基本公理:即第一公理——摩擦学行为是系统依赖的;第二公理——摩擦学元素的特性是时间依赖的;第三公理——摩擦学行为是多个学科行为之间强耦合的结果.由这些公理可以推导出一系列定理和相应的系.同时还讨论了用系统的状态方程和输出方程描述含有摩擦副的系统的特性的方法,并给出了应用举例.关键词:摩擦学;摩擦学行为;公理;摩擦;磨损;润滑中图分类号:TH117.1文章标识码:A文章编号:100420595(2001)03201612061 摩擦学的定义摩擦学是一门古老而又年轻的科学.有人认为摩擦学就是摩擦、磨损或润滑;也有人认为摩擦学可以看成是摩擦加磨损加润滑.但这些观点并不确切.摩擦学继承了已有几千年历史的关于摩擦、磨损和润滑的实践和研究的全部成果[1],并根据当前科学与技术发展的态势和对未来的预见,赋予自身更丰富的新的内涵.摩擦学的概念源于1966年英国的Peter Jo st完成的调查报告[2].此后各种在摩擦学基础上产生的应用技术有了长足的发展,而摩擦学本身却有渐渐被淡忘的趋势[3].许多文献中所说的摩擦学对国民经济的天文数字的贡献或潜在贡献主要立足于其应用方面,而忽视了其基础方面发展的停滞.鉴于摩擦学问题广泛存在,可以毫不夸张地说,工程科学中的摩擦学,就如自然科学中的物理学、化学一样重要.但是与物理学和化学相比,摩擦学还远未发展成熟.当务之急,是要研究并形成与摩擦学的定义和性质相适应的可以支持自身独立发展的理论体系和方法体系[3].作者从摩擦学所涉及的诸多事实出发,指出在摩擦学中实际上存在3个公理,并由这3个公理推导出若干个定理和系.所谓公理,是指那些不能直接证明,但却又不能找出相反例子的规律[4].这些公理、定理和系,以及由此产生的概念和方法,可望成为摩擦学理论体系和方法体系发展的基础.2 摩擦学的3个公理2.1 摩擦学第一公理——摩擦学行为是系统依赖的发生在相对运动、相互作用表面和表面间的各种行为是摩擦学研究的内容,统称为摩擦学行为.表面的相对运动、相互作用是这些行为的原因,而行为的结果则是人们看到的各种与摩擦学有关的现象.摩擦学行为的内容十分复杂,将在以下举例加以讨论,更多的实例详见文献[3和5].应该强调的是,要注意元素之间的相对运动和相互作用,它们改变了单个元素的固有性质.所谓系统依赖,是指简单系统(见图1) F ig1 Si m p lest tribo logical system图1 最简单的摩擦学系统基金项目:国家自然科学基金资助(59990472).收稿日期:2000207215;修回日期:2000211223 联系人谢友柏.作者简介:谢友柏,男,1933年生,教授,中国工程院院士,目前主要从事机械学和摩擦学研究及教学工作.以及由简单系统所构成的任何更为复杂的系统[3,5],其行为已不能由任何一个构成它的元素来实现.2.2 摩擦学第二公理——摩擦学元素的特性是时间依赖的与构成构件的材料相比,构成摩擦副的任何一个元素的材料承受更为严酷的载荷:在非常小的尺度范围内(表面不平)传递与构件整体所传递的相同的载荷,载荷密度极大;传递是在异构表面间实现的,不同于在同一材料内部的传递;同时存在相对运动,加剧了载荷的作用;而相对运动产生的高温则从物理和化学方面推动了变化的过程,如图2所示.这种由表面F ig 2 T he severity of w o rk conditi on of a tribo 2pair图2 摩擦副工作的严酷性相对运动和相互作用引起的变化,其速度大大超过构件中由其它行为导致的变化,因此,过去通常作为时不变处理的系统,在摩擦学分析和摩擦学设计时,就必须作为时变对象处理.在系统整个生命周期中,变化的速度也常常分成如图3所示几个大小不等的阶F ig 3 V ariati on of the speed of change in a life cycle图3 全生命周期中时变速度的变化段.也有另外一些系统具有更复杂的变化规律.摩擦学所要着重研究的内容之一,正是这种时变规律.2.3 摩擦学第三公理——摩擦学行为是多个学科行为间强耦合结果就如图1所示的最简单的摩擦学系统而言,两个表面及两表面介质之间的相对运动和相互作用是力学行为;由此耗散的机械能转变为热能、热能向周边的传递并形成稳定的和不稳定的温度场是热力学和传热学行为;表面及表面间介质材料的分子相互作用及转移是物理学行为;表面及表面间介质材料的离子级和原子级相互作用是化学行为;如果两表面间存在电场和(或)磁场,则这些外场将导致电磁学行为,主要包括产生引力或斥力、导致表面和表面间材料分子排列的变化、导致表面材料中产生涡流和热等.以上这些行为之间存在相互强耦合作用.当孤立地研究其中任何一个行为时,可以采用其所从属的学科的理论和方法.而摩擦学的理论就是研究“在摩擦学环境下,它们之间相互耦合作用的规律”.这种规律“不是任何一个其它学科所能给出的”.与第一公理相比,第三公理集中反映行为方面的关系.3 定理和系及其应用举例由摩擦学的3个公理,我们可以推导出以下的定理和系.定理1:摩擦副的特性不是摩擦副任何元素材料的固有特性,而是它们所构成的系统在给定环境中的特性.从摩擦学第一公理,不难证明其成立.为了不失一般性,从简单的摩擦学系统开始进行求证,假设有如式(1):S ={E ,P ,R },E ={e 1,e 2,e 3},P ={p e 1,p e 2,p e 3},R ={r e 1e 2,r e 2e 3,r e 3e 1}.(1)所描述的系统[5](式中:S 、E 、P 及R 分别为系统的系统阵、元素阵、元素特性阵和元素间关系阵).为证明定理1,先给出下述定义和系.定义1:摩擦学系统的系统特性是系统对输入的响应,即由输入引起系统的状态和输出的变化.系1:摩擦学系统的系统特性可以由系统的状态方程(2)和输出方程(3)描述,则:X α=A X +B U ,(2)Y =CX +D .(3)式中:X 为状态向量,Y 为输出向量,U 为输入向量;A 为结构阵,B 、C 和D 为输入、输出关系阵.现在来证明定理1,由第一公理有:A =A (S );B =B (S );C =C (S );D =D (S ).(4)由定义1和系1可知系统(1)的特性是S 的函数,即存在下述关系:261摩 擦 学 学 报第21卷 X α=A (S )X +B (S )U =X α(S ,U ,X ),Y =C (S )X +D (S )=Y (S ,X ).设存在一个仅仅由元素e 1的特性p e 1决定的系统,则:A ⌒=A ⌒(p e 1);B ⌒=B ⌒(p e 1);C ⌒=C ⌒(p e 1);D ⌒=D ⌒(p e 1),(5)X α=A ⌒X +B ⌒U =X α(p e 1,U ,X )≠A X +B U ,(6)Y =C ⌒X +D ⌒=Y (p e 1,X )≠CX +D .(7)显然,式(5)中的各个表达式不等于式(4)中对应的表达式,所以由式(6和7)所描述的特性不是系统(1)的特性.同理可以证明,由e 2、e 3中任何一个的特性p e 2或p e 3或由e 1、e 2和e 3中的任何2个组成的另一个系统,都不是式(2和3)所描述的系统(1),它们具有不同的特性.由此可见定理1成立.大量应用实例亦可佐证定理1成立.以图1所示的流体润滑介质为例,若将其放在一个圆柱形容器里,且从圆柱顶端经由活塞沿圆柱轴线方向对之施加力载荷(一种给定的系统条件),则在不计容器变形时可定义介质的刚度为载荷除以顶端位移.而同样的介质若处在2个相对运动的表面之间(另一种系统条件),由同样定义所给出的介质的刚度却与相对运动的大小、方向、间隙几何形状、介质的流变特性和相互作用的大小及时变规律有关.众所周知,2个表面之间的摩擦系数在静态环境中与在振动环境中的不同.所以静止条件下的螺纹连接处在振动环境中时往往会发生松动.利用过盈配合实现的连接也有相同的特性.此外,材料的磨损性能与大气氧的存在有密切关系.当无大气氧时,许多摩擦副材料的磨损将会急剧发展.在第二次世界大战中还发现,石墨中含有的水蒸汽对(高空)飞机发动机中的石墨件的润滑作用和磨损性能有极大影响.基于定理1,可以推导出:系2:在一种系统条件下获得的系统摩擦学特性,不能简单移植到另外一种系统条件下使用.例如在倒置式轴承试验台上测得的可倾瓦轴承的油膜刚度阻尼系数不能使用于正置式安装的系统.又如在T i m ken 试验机、Am sler 试验机、Falax 试验机和SRV 试验机上对同一组不同材料的试样进行耐磨性和其它摩擦学性能的比较测试,其测试结果的排序往往不同.可以设想,将相关测试结果应用到某一目标系统中将会导致不同的结论.因此,在设计某一材料的摩擦学性能试验时,若不考虑其系统条件,则该设计在原则上是错误的.与此相似,必须对摩擦学试验中的强化试验予以特别关注,因为随着系统条件的不同,可能得到完全相反的结论.定理2:任何一个含摩擦副的系统是时变系统.由摩擦学第二公理:P =P T (t )∩P C =P (t ),R =R T (t )∩R C =R (t ).(8)式中:下标T 表示属于摩擦学元素的,下标C 表示不属于摩擦学元素的,∩表示由2个子系统所组成的系统的共同的特性或关系.于是:S =S (t ).(9)从而由式(4)可得:X α=A (t )X +B (t )U .(10)Y =C (t )X +D (t ).(11)即定理2成立.应当指出的是,时变关系有时也是可以解耦的.基于定理2,经推导可得:系3:在观察变化周期ν系统生命周期的短周期行为时,可以认为矩阵A 、B 、C 和D 是时不变的(证明略).可以将所观察的问题分为快变和慢变两种情况(当然这不是绝对的).有的周期性行为,其变化周期与系统的生命周期相比非常小.在观察这种短周期行为或要获取某短周期行为影响长周期变化的特征参数时,就需要在一个适当短的时间尺度中进行研究.这时长周期的慢变行为可以作为时不变因素处理.相似地,可以得到:系4:短周期行为对长周期行为的影响,表现在前者使后者的矩阵A 、B 、C 和D 中的某些元素的值发生变化(证明略).当在整个生命周期中观察系统行为的变化时,短周期行为的作用表现在其对长周期变化规律的影响上,可以用必要的反映短周期行为作用的关系来表征其影响,而不必涉及变化的细节.例如微动磨损使结合面的刚度、阻尼发生变化,在观察某个时刻或围绕这个时刻的很小区间中的振动时,只要引入当时的刚度系数和阻尼系数并视为不变,而不需要联立求解微动磨损.但是微动磨损会在较长的时间中改变结合面的接触状态,导致松动,从而改变刚度系数和阻尼系数的值.基于第二公理、第三公理和定理2,可以得到:系5:摩擦学系统状态变化的研究,是摩擦学研究的组成部分.系6:用任何一个其它学科的理论为摩擦学行为建模,都不能给出确切的结果.长期以来,人们习惯于用力学的定理去解释摩擦学现象,如摩擦的机械模型等.近来有人企图用滚动轴承模型来解释纳米添加剂的行为;也有企图用化学来说明力学所无法解释的问361第3期谢友柏: 摩擦学的三个公理题,例如H addy ,事实上化学并不能代替摩擦学;还有人尝试用热力学定律为摩擦学建立一个系统的框架,其结果仍有待观察.相似地,基于摩擦学第一公理和第三公理可以得到:系7:对于不同尺度上的观察,会得到不同的结论.在大尺度上的观察,变形力(弹性力和阻尼力)和惯性力与(两表面间)分子力相比在耦合中占优;反之则分子力占优.这是因为在上述两种情况下,即使式(1)中的P 相同,R 也不同,从而诸p ei 和诸r p ip j 在A 、B 、C 和D 中的权重不同.以弹性流体动力润滑理论为例,在其刚刚诞生的时候曾经被认为是20世纪摩擦学的里程碑.在20世纪即将过去的今天,它对摩擦学的影响并不如原来想象的那样重要.其中的原因就在于忽视尺度的影响,企图用宏观力学中各向同性介质的模型去解释微观尺度下的行为,而事实证明这并不成功.4 轴承支承转子系统状态及输出方程的推导这个系统通常由转子、轴承和机箱3部分组成(图4).其中转子的轴颈表面与轴承的电磁铁表面构F ig 4 A ctive m agnetic bearings in an expander图4 膨胀机中的主动电磁轴承成一个摩擦副,而支持主动电磁轴承工作的传感器和控制器、放大器分别是电磁轴承摩擦学系统中的状态监测子系统和状态补偿和控制子系统,转子和机箱的其余部分属于构件.当然,即使是一个最简单的转子构件,至少也有5个自由度需要支承.这里仅介绍推导其中横向运动的4自由度的支承控制,并不计各自由度间的耦合.当采用传递矩阵法确定转子的分段数、每段上的结构和零部件参数后,运行用于转子动力学分析前处理的程序m ain 3.fo r 即可得到转子的质量阵M 、刚度阵K 、阻尼阵C .然后将它们送到在M A TLAB 平台上开发的程序am b .m .这个程序可以完成以下任务:①产生可对之施加任意外加力的转子的状态方程和输出方程,主要是计算矩阵A r 、B r 、C r 和D r .②产生由子程序ssp id .m 计算的控制器系统状态方程和输出方程的A c 、B c 、C c 和D c .这里考虑了每一个P I D 控制器中的比例、积分和微分环节以及传感器和放大器的有关特性K p 、K i 、T i 、K d 、T d 、G s 、T s 、G a 及T a 等,所有参数都由一个子程序parain .m 在键盘上读入.对应于4个横向运动的自由度需要有4个P I D 控制器,它们由M A TLAB 的b lkbu ild 、append 语句合成为一个系统,这个系统实际上已经包含了传感器、控制器、放大器和电磁铁,称为控制器系统.③由M A TLAB 中的feedback 语句将A r 、B r 、C r 和D r 与A c 、B c 、C c 和D c 合成为一个带反馈的闭环系统,它的状态方程和输出方程的有关系数矩阵分别为A closd、B closd 、C closd 和D closd .这样就得到了带有状态监测子系统以及状态补偿和控制子系统的摩擦学系统的状态方程和输出方程,并得到如图4所示的数字仿真或虚拟现实结果.5 讨论①在以上的讨论中,用状态方程和输出方程描述摩擦学系统的特性.环境对系统的作用由输入向量U 描述,而系统对环境的作用则由输出向量Y 描述.矩阵A 、B 、C 和D 描述系统结构的作用,所以是S 的函数.但是,这个结构不能简单理解为拓扑意义上的结构,它具有更加复杂的内涵.这不仅表现在P 上,更表现在R 上.所以这里不采用文献[6]所用的结构阵的名称,而称之为系统阵.状态方程表达的是系统本身的状态X 如何在自身和环境的作用下在时间历程中的变化.自身的作用由A 表达,环境则通过B 阵影响状态变化.X 的当前值通过关系阵C 、D 决定输出Y 的当前值.因此,用状态方程和输出方程描述摩擦学系统的特性是目前最好的选择,尽管摩擦学界对它并不很熟悉.②对于一类摩擦学系统,要建立其A 、B 、C 和D 阵并不容易,因为有许多摩擦学行为目前还未建立数学模型.事实上,自从文献[6]提出系统方法之后,文献[3]为摩擦学系统给出了更精确的定义和更完整的构架,并对系统框图的画法提出了建议.此后,不仅对于转子轴承系统这样一类力学行为占优的系统已经完成了上述A 、B 、C 和D 阵的推导,而且对同时具有力学行为、电磁学行为、电子学行为、热力学和传热学行为以及要求满足给定的存储在系统中的控制规律461摩 擦 学 学 报第21卷并存在强耦合的主动电磁轴承支承转子系统,也建立了符合上述要求的数学模型.图5示出了对同一主动电磁轴承支承转子系统在转子不同位置上施加正弦力输入后,通过求解系统的状态方程和输出方程所得F ig 5 T rackof j ournal center图5 轴颈中心的轨迹到的转子左轴颈的位移输出在时间历程中的变化.③由定理2可知,A =A (t )、B =B (t )、C =C (t )和D =D (t )均为时间的函数.因此,一般情况下只能用数值方法求解.如系3和系4所示,在一定条件下,有些问题仍可作为时不变问题处理.数值解的结果往往是一组数字.有很多方法可以从大量的数据中挖掘出知识,由曲线、公式或产生式规则表达[7,8].6 结论a . 摩擦学作为一门古老而又年轻的科学,它在工程科学中的地位,相当于物理学、化学在自然科学中的地位.但是摩擦学还远没有发展成熟,还没有形成与自身的定义和性质相适应的可以支持其自身独立发展的理论体系和方法体系.由于摩擦学问题存在的普遍性,其相关的应用技术的发展已经为国民经济创造了巨大的效益,但是,理论体系和方法体系上的不完备阻碍了其促进经济效益作用的进一步发挥;同时也使学科本身的发展处于不利的地位.b . 摩擦学中存在三个公理,即第一公理:摩擦学行为是系统依赖的;第二公理:摩擦学元素的特性是时间依赖的;第三公理:摩擦学行为是多个学科行为之间强耦合的结果.由这3个公理可以推出若干定理和系.c . 由于摩擦学行为的系统依赖性,不能用构成系统任何元素材料的固有特性来预测系统的行为.这使得描述摩擦学系统的特性比描述一个材料的特性远为复杂.可以用系统的状态方程和输出方程来描述含有摩擦副的系统的特性.d . 摩擦学的3个公理、由之推出的定理和系以及关于摩擦学系统特性的定义和求解方法,可望成为摩擦学理论系统和方法系统发展的基础.参考文献:[1]Dow son D.H isto ry of T ribo logy [M ].L ondon:L ongm anGroup L i m ited,1997.[2]H er M ajesty’s Stati onery O ffice .L ubricati on (T ribo logy )Educati on and R esearch [M ].L ondon :1966.[3]X ie You 2Bai .O n the system s engineering of tribo 2system s (revised )[J ].Ch inese Journal of M echanical Engineering (English Editi on ),1996,2:89299.[4] Suh N P .T he P rinci p le of D esign [M ].N ew Yo rk :O xfo rdU niversity P ress ,1990,47.[5] X ie You 2Bai.O n the tribo logy design [J ].T ribo logy Interna 2ti onal ,1999,32:3512358.[6] Czicho s ,H .T ribo logy —a system app roach to the science andtechno logy of fricti on ,lubricati on and w ear [M ].Am sterdam :E lsevier Scientific Publish ing Company ,1978.[7] 战仁军,张炜,张优云,等,摩擦学设计知识获取系统的神经网络方法[J ].机械科学与技术,1995,6:1362140.[8] 刘路放,赫孝良,冯博琴,等.数据驱动的定量规律发现技术研究[J ].西安交通大学学报,1999,33(5):124.561第3期谢友柏: 摩擦学的三个公理661摩 擦 学 学 报第21卷Three Ax iom s i n Tr ibologyX IE You2bai(T heory of L ubrication and B earing Institu te,X i’an J iaotong U niversity,X i’an710049,Ch ina)Abstract:T he i m po rtance,undesired situati on of developm en t of tribo logy and the reason s are described. P rob lem s com e from in sufficien t study on the theo ry system and m ethod system in tribo logy,w h ich can m atch the defin iti on and natu re of tribo logy and can suppo rt an independen t developm en t of tribo logy.Since 1966the m ethodo logy of investigating tribo logy has no t been i m p roved from that fo r investigating fricti on, w ear and lub ricati on of a single tribo2pair.It is found that there are th ree ax i om s in tribo logy.T hey are discu ssed in detail in connecti on w ith exam p les.N am ely,ax i om I:the tribo logical behavi o r is system dep enden t that single su rfaces o r m edium sub stance canno t realize any tribo logical behavi o r;ax i om II:T he p roperty of tribo2elem en ts and the system s w ith tribo2elem en ts are ti m e2dep enden t;ax i om III:T ribo logical behavi o rs are the resu lts of strong coup ling of m any behavi o rs of o ther disci p lines,such as m echan ics, chem istry,heat tran sfer,m aterial science,electron ics and theo ry of con tro l.T ribo logy is the science,w h ich p rovides theo ries and techno logy to describe and con tro l the p attern of coup ling betw een behavi o rs under tribo logical conditi on.N o o ther disci p line can m eet such a need.A series of theo ries and lemm as has been deduced from the ax i om s.It has also been suggested that the state equati on s and ou tpu t equati on s,w h ich are fam iliar in con tro l engineering can be u sed to describe the p roperty of a tribo2system.It is expected that the ax i om s,theo ries,lemm as,concep ts and m ethods given cou ld be u sed as gu idance in estab lish ing the theo ry system and m ethod system of tribo logy.Key words:tribo logy;tribo logical behavi o r;ax i om;fricti on;w ear;lub ricati on。
【doc】汽车轮胎磨损机理的研究
汽车轮胎磨损机理的研究汽车轮胎磨损机理的研究油大学山东东营257062)谢友柏(西安交通大学)(吉林工业大学长春)摘要:综台分析了汽车轮胎和路面问相互作用产生的磨损形式和磨损机理,及研究轮胎磨损常采用的方法. StudyOilWearMechanismsforAutomobileTiresF,engXudong(P呐kuInurty轴arID呲唱DongS)ZlX)U,~K)uqinXieY oubai(xi'anJiaotongUniversity)GuoKonghui(JilinPob'tecnicUnivemih')Abs扭d:Trdsstudy.mvga船哪typesandmeehanimnsforautomobiletiresnⅡngofta11iw 町,aswell拈theoommonusedmed~hfortirewe.Theww商6cat_岫sarepreseatedbased∞theprinciple0fTfibolo~.'.whichprovidethellmdanen~knowledgeforo∞刊vpredictingtirewe盯rateatnormal∞conditionsmrd:AmmmlileTireWearMedⅫWear轮胎磨损是轮胎与相对运动表面(如路表面)对磨时,其摩擦表层材料不断损耗的现象.轮胎磨损的研究主要是指胎面磨损.轮胎磨损影响车辆运行的经济性和车辆特性如操作稳定性等,所以研究轮胎磨损具有重要的意义.轮胎磨损是一种非常复杂的现象,受各种不同因素的影响,如轮胎结构,胎面材料,环境条件等,使得磨损机理至今尚未完全探明,而轮胎磨损的预测则更是难以实现_3J.目前关于橡胶损耗或轮胎磨损的研究主要分成两个方面:一是实验室研究,通常为过分简单化的机理研究;二是车辆列队行驶试验J,这是一种更实用的估量办法但速度慢且劳动强度大.显然这两种研究方法都有其局限性,不同的研究所得结果可能不完全相同,甚至可能完全相反,例如橡胶抗磨损能力的排序等.鉴于上述原因,本文着重从轮胎摩擦学角度对轮胎磨损的各种机理和学说,以及磨损的主要实验方法作简要的叙述,以期认识磨损的本质和基本规律,掌握减少或控制磨损的方法,并求对发展我国的汽车工业特别是轮胎制造业起到抛砖引玉的作用.1基本概念"J(1)磨损率(wearrate):单位滑动距离上橡胶的总损耗量,分为线性磨损率,体积磨损率和重量磨损率.(2)磨损度(wP,B2"intensity/abradabihty):特定界面条件下,单位输^摩擦功的橡胶损耗(体积)量. (3)耐磨性(wearresistance):是磨损率或磨损度的倒数50(4)非均匀磨损(unevenwear):用以描述胎面花纹横向方向上磨损的非均匀分布.(5)无规则磨损(irre~flarwear):主要表征胎面胶磨损率的周向变化,它同轮胎的安装质量,轮胎或轮子的均匀度以及车辆悬架或制动器产生的问题有关2胎面磨损的机理关于轮胎磨损的机理,至今尚无普遍公认的统一看法.下面结舍摩擦学原理和已经提出的关于轮胎磨损机理的不同表述形式,给出轮胎磨损机理的一般理论.(1)磨损现象的三个过程基于系统观点,摩擦是导致输^量损耗的过程,而磨损则是导致系统元素损耗的过程【,磨损的产生一般分为三个过程-.1)表面问相互作用:摩擦表面问的相互作用方式有机械和分子两种机械作用可以是两摩擦表面问直接接触,即两体磨损;也可以是两表面问夹杂外界磨粒的接触,即三体磨损.分子作用包括两表面的相互吸引和粘着.2)表层材料的变化:在摩擦过程中,受表面变形,界面温度和环境条件等的影响,表层材料将发生机械的,组织结构的,物理的和化学的变化,如胎面在反复碾过粗糙路面时,胎面胶的反复弹性变形使其发生疲劳;接地面的局部高温使轮胎在速度突变条件下(抱死车轮的高速滑动)产生热分解.3)表层材料的破坏:破坏形式主要有犁削,撕裂,疲劳破坏,剥落和磨损花纹.《润滑与密封》(2)胎面磨损机理依据摩擦学原理,将轮胎磨损机理分成四种基本类型:粘着磨损(Adhesive),表面疲劳磨损(Surfacefadgue),磨粒磨损(Abrasivewear)和侵蚀磨损(Erosivewear)L9J.但无论是金属摩擦,还是非金属摩擦,磨损机理尚处于进一步探索阶段,所作出上述分类难免有以偏概全之嫌.作者结合摩擦学理论和国内外有关橡胶磨损的研究,对轮胎磨损机理的分类解释如下:1)粘着磨损:当轮胎相对路面产生运动时,由于粘着效应所形成的粘着结点发生剪切断裂,使胎面表层材料转移到路面的机械磨损现象,称为粘着磨损.它是胎面胶分子对路面的粘着,受接地面温度,轮胎和道路表层材料的物性(如强度)及表面粗糙度和环境条件下的影响.2)疲劳磨损:当轮胎在路面上滚动或产生滚滑运动时,胎面表层橡胶在重复变化的接触应力作用下疲劳而产生剥落的现象,统称为表面疲劳磨损.如果橡胶实验块同光滑基面对摩,长期受摩擦力作用将产生点坑并由于接触疲劳过程而产生表面裂纹(图1), 此时摩擦力在表面层产生的应力为拉伸应力.对轮胎而言,产生接触疲劳的台适条件是长距离直线行驶,实际上,产生接触疲劳的表面很少见,因为典型的侧偏力分布和胎面聚台物系统的热失稳确保了更严重机理的产生.但是,疲劳破坏形成的点坑连接起来或表面,次表面裂纹的扩展和集结必然造成对轮胎大的破坏.软胎面胶,干燥路面,钝微凸体和适中的切向力是产生疲劳磨损的条件J.末端堆集.硬胎面胶,湿路面和尖锐粗糙度是产生切削的条件.图2切削厝损(湿路面上犀摄减小彖件F)②剥落(chunking):当产生切削或者产生周期性大变形时.裂纹激励,连续变形以及轮胎一道路表面间产生的粘着力偶将产生低应变率裂纹扩散机理,从而导致橡胶的大量脱落.在苛刻条件下,这将导致胎面胶的过度磨损而使牵引力受到影响.③磨损花纹(abrasionpatterns)或Sehallamach花纹:这类磨损中磨损表面形成垂直于滑动方向的波纹,波峰间距为50tm~到10irnal,其值取决于使用条件的苛刻度(如摩擦力的大小等)和胎面胶强度.如图3所示.磨损花纹是在单向相对滑动的条件下产生的,为公路路面运动轮胎所具有的主要胎面外观特征.大多数轿车轮胎胎面裸眼看上去很光滑,但在显或者路表面上的硬突起物(包括微观和宏观纹理)在轮胎的摩擦过程中引起胎表面材料脱落的现象.磨粒磨损机理是磨粒的犁沟作用,即微观切削过程.轮胎和路面问的磨粒磨损主要表现为:①切削(cutting):减小的摩擦和尖锐的粗糙度沿滑动方向对胎面产生切削磨损,胎面上将留下槽状磨痕,如图2所示.如果粗糙度冲击角很大,则将产生切削(cutting);如果冲击角较小,则将产生犁沟(grooving),此时粗糙度犁过胎面使橡胶向沟槽侧边和1999年第6期倒3厝损花纹④热化学降解(thermochemicaldemi0n)…J:如果界面摩擦力很低或者胎面胶可以实际承受所加侧向力,那么胎表面可能产生热化学降解或热氧化降解,降解颗粒并随后脱落(大小约几个微米).尽管滞后产生的胎面温度将低于更苛刻条件下的胎面温度,但是橡胶颗粒脱落的实际存在使降解产生.干燥路面,钝粗糙度和滑动速度可导致这种磨损(图4).(掇胶降解形成的污迹碎块(h)高的敬表面温度产生的多孔掇胶图4热化学效应产生的胎面磨损⑤卷曲磨损(rollabrasion):如果磨损花纹的波峰在脱落前开始降解,则它们将因为胎面胶的粘性而卷曲,这种机理可以是磨损花纹形成和热氧化降解的过渡过程.一旦脱落,则卷曲而形成的小圆柱体将使轮胎和路面间的摩擦力下降.也有称之为摩擦磨损的.不难看出,后三种磨粒磨损具有疲劳特征,它们都是由于摩擦的粘着作用产生的高应变率多循环变形导致的.4)侵蚀磨损:含有固体粒子的流体以一定速度措几乎平行于胎面的方向相对运动,从而构成对轮胎胎面的磨损现象,统称为侵蚀磨损.这种磨损常常发生在积水路面,近熔点球雪面上滑动的轮胎胎面,所以也被认为是一种滑动侵蚀.但这种磨损较轻,常常为其他磨损所掩盖,一般不为人所研究,只是在特殊环境如石油化工设备或其他含有对橡胶具有较明显侵蚀性物质的场合才给予重视.至于何种机理占主导地位,这是很重要的,因为每一种机理都将有不同橡胶损耗率,而每种机理的产生取决于胎面胶抵抗产生不同机理时工作条件的能力.也就是说,对每种lille—road摩擦副,主要磨损机理间存在门槛值,而该值取决于聚合物的基本性能,如撕裂能,热稳定性和滞后.3磨损实验方法橡胶的磨损研究始于1920年,比橡胶摩擦的研究工作晚400年,而真正从微观角度深入研究橡胶磨损,却只是近30来年的事.具有代表性的轮胎用磨损试验机主要有1]-"J:(1)Iamm磨损试验机:为旋转式试验机.其中磨轮和试件是彼此独立且可旋转,使用金刚砂作为磨料,不会产生由于磨损片引起的粘着问题,同时可任意选择滑移系数,旋转速度,负荷大小,温度等试验条件.鉴于该装置的苛刻度(severity)值比较接近实际运行汽车轮胎的苛刻度值,及其所具有的模拟实际磨损变化行为的能力,所以将其作为轮胎磨损试验机主要机种之一来使用.试验的生热问题通过调节试验槽的温度便可解决.(2)AkllDn磨损试验机-:为旋转式试验机.其中磨轮是可变速旋转的,试件可采用橡胶轮.其工作原理和实验方法同Iamm试验机相似,为另一种主要的轮胎磨损试验机.(3)Greesink磨损试验机:为旋转式试验机.其中彼此独立的旋转驱动式圆筒状磨轮和圆板状试件相接触,试件可在磨轮上移动,在给定滑移系数和滑移角后,便可求出当行驶lOOkm时的磨损量.(4)平带磨损试验机:这种试验机消除了上述转鼓式磨损试验机的曲率影响,外加装备胎面静电喷涂云母粉;并有可使平板的侧向位移得到精确控制的控制电路,以及对轮胎表面温度实施控制的仪器.4结束语轮胎磨损既影响轮胎的使用寿命,叉影响车辆的安全性和操纵稳定性(如在积水路面或冰雪路面上行驶时),所以开展轮胎磨损的相关研究工作很有必要.轮胎磨损通常分为粘着磨损,疲劳磨损,磨粒磨损和侵蚀磨损四大类,其中以磨粒磨损最为常见,危害一般也最大.磨损问题是一项包含许多过程和物理参数的复杂相互依赖关系的课题,所以应运用系统理论对此进行实验或实车行驶磨损研究.参考文献[1]Scha]]anl~AFrieti~andaIJa~ionofrulober,1985,1(15):384—417[2]vd山AG.c∞vGA—I岫啦西~ffthecⅢblackine一forqllCr,1979,兜(4):748—763.[3]彭旭东,谢友柏,郭孔辉.轮胎摩擦学的研究与发展.中国机械工程.1999,NO.2.[4]VeithAGAIeviwofiq)on|JI【自cbDrsTlg协脚.RCr,1992.65(3):601—658[5]sclmn白chARecentadv町踯in1ed薛miterfrictionnJe.RCr,1968,41(1):2139—244.[6]wMHu嗍w唧0fV ehiel~'INIEA.1993.21(4):21)2—2107]XleYB.Ona堆盯iJlgofb0一systemsdseJNeeh腿(油FA>,1996,9:89—99.[8](苏)HB克拉盖尔斯基等主编,汪一麟.沈继飞,扬胜常译.摩擦,磨损与润滑手册(第二册).北京:机械工业出版社,1985:4∞一416.【9JBur~llJT.&ey0fP(№im}口li哪Wear,1957,1(2):119—141.[10]schL【allhAAb珈旧r岫pan锄orlmbber.TmnsLastR曲blnd. 1952,勰:256—268[11]MuI|rAH.ROoertADmlbbⅡabmi【Ⅲ.we.1992,158:213—228.[12]山崎俊一.锌术忠,藤川达夫,室内摩耗试验l~-/s}于弓F亍厶曲率疗穸々摩耗【:及5吾寸影响理论的考察.日车厶协会志,1997,70(7):392—399.L13]三桥健八.厶摩擦摩耗试验手法的动向日本厶协会志,1995,68(9):673—379.[14]scIIallⅢ越chAAbr.nh蛔】eⅢld蝴瑚趣0fmiterJAl PolymerSei.1968,12:281—292[15]HF~tionof缸~bber.眄心,1996, 24(3):252—275.《润滑与密封》。
2019公需课 西迁
单选题（共30题，每题2分）1 ．陈学俊教授是我国热能动力工程学家，中国锅炉专业、热能工程学科的创始人之一，（B ）学科的先行者和奠基人∙A．单向热流物理∙B．多相流热物理∙C．双向热流物理∙D．三向热流物理我的答案：B参考答案：B答案解析：暂无2 ．朱城教授著成堪与国际大师铁木辛柯相媲美的中国版《材料力学》，被誉为中国的（），为国内首批工程力学专业的创办做出了重要贡献。
（铁木辛柯著《材料力学》，为世界科技名著）∙A．“铁氏材力”∙B．“朱氏材力”∙C．“工程材力”∙D．“力学材力”我的答案：A参考答案：A答案解析：暂无3 ．谢友柏，我国机械学设计及理论、摩擦学专家，在他的带领和努力下，摩擦学研究成为了西安交通大学的优势研究方向，并建设了（）教育部重点实验室∙A．现代设计及转子轴承系统∙B．现代设计及摩擦研究∙C．摩擦学∙D．机械学设计及理论我的答案：A答案解析：暂无4 ．屈梁生教授长期致力于机械质量控制与检测诊断领域的基础性、开拓性研究，他的（）一书填补了我国在这方面研究的空白，至今仍是研究生的教材∙A．《机械故障诊断学》∙B．《机器故障诊断学》∙C．《电器故障诊断学》∙D．《检测故障诊断学》我的答案：A参考答案：A答案解析：暂无5 ．1978年，全国科学大会在北京召开，西安交通大学计算机教研室的（）科研项目，以其创新性及填补国内空白的首创性被全国科学大会授予“全国科学大会奖”（90年国家科委认定此奖项等同于“国家科技进步奖”），也是交大计算机系获得的首个国家级科研大奖∙A．光笔图形显示器∙B．晶体二极管∙C．阻容元件∙D．电子管我的答案：A参考答案：A答案解析：暂无6 ．2015年8月21日，中共中央政治局常委、国务院总理李克强主持题为“先进制造与3D打印”的国务院专题讲座，西安交通大学哪位教授受邀主讲（）∙A．徐宗本∙B．卢秉恒∙C．陶文栓∙D．何雅玲参考答案：B答案解析：暂无7 ．1981年，时任高教部部长的蒋南翔同志在纪念交大建校85周年暨迁校25周年的讲话时说，西迁精神是“社会主义觉悟”的表现，什么是社会主义觉悟（）∙A．响应党的号召，跟党走社会主义道路，为建设新中国“哪里需要就到哪里去”∙B．根据地理位置选择工作所在地∙C．根据自身需求选择工作∙D．在繁华的地方工作我的答案：A参考答案：A答案解析：暂无8 ．陈大燮为热力学第一、第二定律，蒸汽及内燃周程，蒸汽机原理等方面的研究与教学做出了卓越贡献，抗战时间，他在重庆设计了一种（），获得了专利权∙A．立式管锅炉∙B．热式管锅炉∙C．管锅炉∙D．热力管锅炉我的答案：A参考答案：A答案解析：暂无9 ．1953年，根据我国社会主义工业化和教育事业发展的需要，陈季丹教授创建了我国第一个（），首开“电介质理论”新课∙A．电介质专业∙B．电气专业∙C．电缆技术专业∙D．电气绝缘与电缆技术专业我的答案：D参考答案：D答案解析：暂无10 ．谢友柏，我国机械学设计及理论、摩擦学专家，提出了摩擦学的三个公理和摩擦学（大）系统工程的基本思想和理论框架，于2009年获得中国摩擦学学会（）奖∙A．伯乐奖∙B．成就奖∙C．研究奖∙D．最高成就奖我的答案：D参考答案：D答案解析：暂无11 ．沈尚贤教授，浙江嘉兴人，是我国（）领域的奠基者∙A．自动控制∙B．电子工程∙C．自动控制与电子工程∙D．电气工程我的答案：C参考答案：C答案解析：暂无12 ．( )年，国务院决定交通大学内迁西安，以适应新中国大规模工业建设需要∙A．1953年∙B．1954年∙C．1955年∙D．1956年参考答案：C答案解析：暂无13 ．在（）新年贺词中，习近平总书记提到了西安交通大学西迁老教授们∙A．2016年∙B．2017年∙C．2018年∙D．2019年我的答案：C参考答案：C答案解析：暂无14 ．蒋大宗（1922-2014），1944年毕业于西南联合大学电机系，西安交通大学教授，是中国（）的创始人之一、西安交通大学生物医学工程专业的奠基人∙A．生物医学工程∙B．生物工程∙C．医学工程∙D．生命工程我的答案：A参考答案：A答案解析：暂无15 ．交通大学的前身是1896年创建于上海的（），1921年改称交通大学∙A．南洋公学∙B．电报局∙C．北洋西学学堂∙D．招商局我的答案：A答案解析：暂无16 ．被西安交大确定为“交通大学西迁纪念日”是哪一天（）∙A．每年公历的9月10日∙B．每年公历的9月12日∙C．每年公历的10月10日∙D．每年公历的10月10日我的答案：A参考答案：A答案解析：暂无17 ．由西安交通大学姚熹教授发起创办的（）期刊是国际上唯一涵盖电介质所有研究领域的期刊∙A．《JAD》∙B．《JDA》∙C．《JPA》∙D．《JFA》我的答案：A参考答案：A答案解析：暂无18 ．交通大学西迁以后以身殉职的第一人是（）∙A．彭康∙B．朱城∙C．钟兆琳∙D．陈学俊我的答案：B参考答案：B答案解析：暂无19 ．沈尚贤教授在曾参与起草我国《1956-1967年科学技术发展远景规划纲要》，并在西安创建了（），是现在陕西省自动化学会的前身，成为自动控制学科中的先行者∙A．中国电子学会陕西分会自动化专业委员会∙B．中国电子学会西安分会自动化专业委员会∙C．陕西自动化专业委员会∙D．西安自动化专业委员会我的答案：A参考答案：A答案解析：暂无20 ．因为后勤工作管理严格，服务周到，因此，西安交通大学曾被誉为（）∙A．小江南∙B．小上海∙C．小北京∙D．小香港我的答案：B参考答案：B答案解析：暂无21 ．交通大学西迁后的第一任校长、党委书记是（）∙A．钟兆琳∙B．彭真∙C．彭康∙D．陈学俊我的答案：C参考答案：C答案解析：暂无22 ．汪应洛教授是我国管理工程学科的第一位博士生导师和博士后流动站导师，最早提出（）理念，推动了国内培养具有双学位和MBA高级管理人才的教育∙A．从管理人才中培养工程师∙B．从工程师中培养管理人才∙C．同时培养管理与工程师人才∙D．培养卓越管理人才我的答案：B参考答案：B答案解析：暂无23 ．唐照千，力学家、振动工程学家和力学教育家，交通大学工程力学的创人和奠基人之一，在国际上，首先提出了（）∙A．“机械工程手册分析法”∙B．“斜激波后物体壁面振动分析法”∙C．“圆锥壳自由振动的分解方法”∙D．“圆柱自由振动的简化计算方法”我的答案：C参考答案：C答案解析：暂无24 ．为激发和鼓励年轻人探索和开发“中国人用得起的医疗仪器”的热情，2003年，由蒋大宗的学生和社会热心人士发起并建立了（），用于奖励在生物医学工程专业学习成绩优异并有创新精神的在校研究生∙A．蒋大宗基金∙B．蒋大宗奖学金∙C．生物医学工程基金∙D．生物医学工程奖学金我的答案：A参考答案：A答案解析：暂无25 ．被赞誉为当今中国女将军中唯一的院士，院士中唯一的女将军，是西安交通大学哪位教授（）∙A．何雅玲∙B．朱楚珠∙C．邱爱慈∙D．胡奈赛我的答案：C参考答案：C答案解析：暂无26 ．2019年是西安交通大学建校的（）周年∙A．121∙B．122∙C．123∙D．124我的答案：C参考答案：C答案解析：暂无27 ．（）年西安交通大学被国家确定为我国中西部地区唯一的一所以建设世界知名高水平大学为目标的高等学府∙A．1956年∙B．1959年∙C．1997年∙D．1999年我的答案：D参考答案：D答案解析：暂无28 ．2010年，蒋大宗教授被授予（）奖励∙A．美国电气与电子工程师协会终身贡献奖∙B．中国生物医学工程学会终身贡献奖∙C．中国生物医学工程学会贡献奖∙D．英国电气与电子工程师协会贡献奖我的答案：B参考答案：B答案解析：暂无29 ．李怀祖，我国管理学家，中国（）的开拓者与倡导者之一∙A．决策科学∙B．计量科学∙C．人口科学∙D．统计科学我的答案：A参考答案：A答案解析：暂无30 ．2017年9月西安交通大学入选国家一流大学A类建设名单，（）个学科入选一流学科建设名单，成为中国西部地区首屈一指的科教高地∙A．5∙B．6∙C．7∙D．8我的答案：D参考答案：D答案解析：暂无多选题（共10题，每题3分）1 ．彭康校长提出的三活跃，包括（）∙A．思想活跃∙B．学习活跃∙C．生活活跃∙D．理论活跃我的答案：ABC参考答案：ABC答案解析：暂无2 ．彭康是我国著名的（）∙A．文学家∙B．教育家∙C．马克思主义哲学家∙D．革命家我的答案：BCD参考答案：BCD答案解析：暂无3 ．第一批迁往西安的交大系所包括（）∙A．造船系、机械系∙B．机械系、动力系∙C．运起系、电力工程系∙D．电制系、电讯系参考答案：BCD答案解析：暂无4 ．1990年4月4日，钟兆琳先生追掉会上，以下哪些人进行了悼念。
内燃机气缸套失圆对活塞动压润滑和摩擦特性的影响
第!"卷第#期摩擦学学报$%&!"’(%#!))"年"月*+,-./.0123455555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555555’!))"内燃机气缸套失圆对活塞动压润滑和摩擦特性的影响余志壮6’宋正华!’董光能6’谢友柏6768西安交通大学机械工程学院’陕西西安96)):;<!8洛阳轴承集团公司技术中心’河南洛阳:96)#;=摘要>根据流体动力润滑理论与活塞动力学方程建立了相关分析模型’在考虑内燃机工作过程中实际存在的气缸套失圆变形基础上’分析了活塞的横向运动’考察了活塞裙部的压力场和摩擦特性8结果表明>与不考虑失圆变形时相比’考虑失圆变形时的润滑油膜压力场的峰值降低’裙部流体压力负荷得以缓解<考虑失圆变形后的摩擦力和摩擦功耗增大’失圆程度越大’所产生的摩擦力和摩擦功耗的增量越大8因此’在活塞设计过程中应当重视失圆变形对活塞裙部润滑和摩擦特性的影响8关键词>内燃机<活塞<润滑<摩擦中图分类号>*26698!<?*6698#文献标识码>@文章编号>6)):A )";"7!))"=)#A )!:#A )"内燃机活塞裙部的裂纹是引起活塞失效的主要原因之一’因此有必要深入分析活塞裙部润滑油膜压力及摩擦特性8在内燃机工作过程中’气缸套传导气缸内的高温负荷’气缸套与活塞之间形成交变动压润滑’活塞往复运动则不断产生摩擦作用8在这些热应力B 流体力和摩擦力作用下’活塞裙部润滑状态及气缸套的变形极其复杂8桂长林等C 6D #E分析了有关活塞的混合润滑与摩擦’?F G %H I J F 等C :E 通过观察证实了工作状态下存在的气缸套周向变形’23等C "E 则指出了这种复杂周向变形的可描述性8本文作者针对工程应用中的活塞裙部失效现象’结合气缸套周向变形分析’在耦合气缸孔周向变形的条件下分析了活塞裙部动压润滑特性和摩擦力8K 活塞动力学方程活塞横向运动的动力学方程为>L M NO 6P Q RST UL M N V 6P W R ST L M N O UL M N VW TX M N V T UL M N V 7Q PW =6P W R S T L M N V7Q PW =W T P X M N VY Z [\T ]^_]^C E W‘a b Ua V Ua cG J d e b Ue V UL CEc 76=上式为二阶非线性方程组’]^_B ]^W分别为活塞裙部顶端和底端横向运动加速度’L M N V 和L M N O分别为活塞和活塞销质量’Q 和W 分别是活塞销心及质心至裙部顶端的距离’T 是活塞裙部长度’X M N V 是活塞对其质心的转动惯量8a b B e b B a c 和e c 是由活塞裙部和缸套间的流体动压作用产生的力和力矩’以及裙部的摩擦力和摩擦力矩’需采用流体动力润滑理论来确定8d 表示连杆角’a V 和e V 是与活塞轴向加速度B燃烧室气体压力及连杆角有关的物理量8上述动力学方程及物理量a V 和e V 的表达式详见文献Cf E 8g 气缸套的失圆变形23等C "E采用组合级数函数描述了实验测量的气缸套周向变形8在多缸机气缸孔直列方向的两侧’各有一排用于安装气缸盖的螺栓’即每6个气缸沿周向均布有:个螺栓<在该螺栓长度以下’气缸套呈现出:凸峰特征的失圆变形’凸峰的峰顶方向同安装螺栓相对8图6示出了气缸套失圆变形示意图8变形后的气缸孔相对于理想圆形的偏移7h i=可表示为>h i 7j =‘k ON ‘!7l N m %H N j Un NH F o N j =87!=式中>l N 和n N 是N阶傅立叶系数<O 是级数的最大阶数8对直列多缸机来说’活塞横向运动的方向与缸孔基金项目>国家自然科学基金资助项目7")69")p p =<日本**+q 基金7*3F r %s %J 4%*t F u %&%J 4+v H v 3t m rq %I o w 3G F %o =资助项目76)::::p 6=8!"#$%"&’()’"(*(+’(,)(+*-"*./0"*-1)2()1图$气缸孔的失圆变形排列方向垂直3与气缸套变形的凸峰方向成456角7气缸孔产生周向变形后3对理想圆形的最大径向偏移值为89:;<3最小径向偏移值为89:"*7以89表示气缸孔失圆度3则=89>89:;<?89:"*@A BC 流体动力润滑分析采用D ;’")等E F G提出的流量模型计算活塞和缸套两粗糙表面间的流体动压作用力7在程序计算中3对平均H 1/*(0-&方程进行无量纲化处理I 为便于对摩擦力进行说明3给出如下含量纲的平均H 1/*(0-&方程=J K J L M N O A J P O QR K J L S J J T M TO A J P O Q RJ T>U V WJ O X Y J T SZ J M [Q RJ TS$\V J O X Y J ]@4B 式中=M N 和M T 为压力流量因子I M [为剪切流量因子IO 为名义油膜厚度I O X Y为实际油膜厚度均值IP O为油膜压力I W 为活塞速度I Z 为综合粗糙度I V 为润滑油动力粘度I T 为从裙部顶端向下的轴向坐标I L 为沿裙部表面的某一位置周向夹角I ]为时间I K 为活塞半径7式@4B中油膜厚度均值和挤压膜项可由下式给出=O X Y>^S _].(&L SE _‘?_]G a Tb.(&L S c @L 3T B S 89@L B 7@5B J O X Y J ]>.(&L _d ]$?T Q Rb S_d ‘T E Gb7@U B 式中=^为活塞裙部与缸套间的公称间隙I _]和_‘表示活塞裙部顶端和底端的横向位移I _d ]e _d ‘表示横向速度I c @L 3TB 为裙部廓型函数7采用的压力边界条件为=J P OJ LL >f>J P OJ L L >g>fj根据式@4lF B 进行计算可求得活塞裙部油膜压力P O3通过对流体压力场进行积分E U G可求得流体力m O 和流体力矩n O 7由流体动压引起的剪切力为=o>?V W O @M c S M c [B S M c PO \J P OJ T 7@p B 式中=M c e M c [和M c P 为剪切应力因子7通过对剪切应力场进行积分E U G可求得摩擦力m c 和摩擦力矩n c7q 计算过程采用r )(/-1*法求解动力学方程3采用s ;01)t "*法和超松弛迭代法@u v H B 求解H 1/*(0-&方程7计算过程如下=w 首先给定位移_]e _‘和速度_d ]e _d ‘的初值3再由式@4l F B 可以求解油膜压力P O 3即可求出m O e n O 以及m ce n c 7按各步长计算3将雷诺方程求解结果代入式@$B 3求得_d ]e _d ‘3进而可求出_x ]e _x ‘3通过返回计算进行修正3即可得到合适的_d ]e _d ‘7y 循环计算的收敛条件为=z _]@{B ?_]@f B z |}$z _‘@{B ?_‘@f B z |}\式中=}$和}\为收敛精度I f 表示循环周期开始I {表示循环周期末端7~结果与讨论计算采用汽油机主要输入参数=K >457!F ::3b >55::3">$F 7F ::3‘>p ::3#P $[>$7f $5t #3#P ${>f 7\U t #3%P $[>f 7f f $!&a :\3Z >f 7F !A ’:3V >f 7f $U D ;a &3承载角为5f 63气缸套内径!\::3曲柄的半径为4U ::3连杆的长度为$U p ::3转速为\5f f )(:"*7在不同工况下3气缸套承受的缸内负荷不同I );等E 5G描述的失圆度89为$F 75’:3实际上现代高速发动机的气缸变形大于该数值3为了方便起见3本文仍按该失圆度进行计算分析7图\@;B 示出了不考虑失圆变形情况e 曲轴转角为\$f 6时的油膜压力场3压力峰值为\!$7$t D ;I 图\@2B 示出了考虑失圆变形情况e 曲轴转角为\$f 6时的油膜压力场3压力峰值为\U 57f t D ;7程序计算中对活塞和缸套两表面之间的油膜进行网格划分3沿裙部长度方向划分网格数为$$3沿裙部A U f 6圆周方向每$f 6划分$个网格3因此图\中坐标*的最大值为$$3L 的最大值为A U 7图\@;和2B 中的压力区出现$次峰值3该压力区位于次推力边的一侧3活塞的横向运动偏向次推44\摩擦学学报第\5卷!"#$%&’’(%&)*&+,"-./012%"34"35+&*3-6& "7’&32&8)78%&,&)8%9"-*83!7#$%&’’(%&)*&+,"-./012%"34"35+&*3-6& :%&’&32&8)78%&,&)8%9"-*83;*5.<89:"%*’838)8*+:%&’’(%&"-,*))&%&3-2%"34"35+&’8)2%"34’6")-图.不同曲轴转角位置时的油膜压力比较主推力边的一侧=这与文献>?@报道结果一致=由于气缸套失圆A两表面间形成不均匀的周向间隙A曲轴箱内的润滑油通过飞溅填充于增大或减小的间隙之间而起润滑作用B在间隙增大的区域内压力降低A而在间隙减小的区域内并不产生更强的挤压效应A因此总体而言压力峰值有所降低A裙部的流体压力负荷得以缓解=图C!"#对比示出了不考虑汽缸失圆变形与考虑!"#<89:"%*’838))%*2-*83)8%2&!7#<89:"%*’*838):8D&%283’(9:-*83 ;*5C<89:"%*’838))%*2-*83)8%2&"3,:8D&%283’(9:-*83图C摩擦力及摩擦功耗比较汽缸失圆变形时的活塞裙部摩擦力A图C!7#对比示出了不考虑汽缸失圆变形与考虑失圆变形时的活塞裙部摩擦功耗=可以看出A考虑失圆变形后的摩擦力和摩擦功耗都有增大=其原因在于A就存在横向运动的活塞来说A汽缸发生失圆变形后A活塞和缸套间的最小油膜位于活塞裙部承载角范围的中部A此时的最小油膜厚度及承载角内部分区域的油膜厚度都小于理想圆形汽缸相应的油膜厚度A从而导致摩擦力增加=该计算结果与E*,&’6*等>F@关于气缸孔失圆的实验结果相一致=图G!"及7#示出了不同汽缸失圆度条件下产生H结论"=考虑气缸套失圆变形后A活塞和缸套两表面间的油膜压力降低A裙部的流体压力负荷得以缓解=7=考虑气缸套失圆变形后A最小油膜厚度以及承载角内部分区域的油膜厚度都小于理想圆形汽缸相应的油膜厚度A活塞裙部摩擦力和摩擦功耗增加=与不考虑失圆变形时相比A失圆变形程度越大A产生的摩擦力和摩擦功耗的增量也越大=2=内燃机工作过程中必然发生气缸套不均匀失圆变形A这导致摩擦增加并对活塞裙部产生不利影IG.第C期余志壮等J内燃机气缸套失圆对活塞动压润滑和摩擦特性的影响!"#$%&’(")(*++’,&-,*%+*’&(,%.,++(’(%-*/-*+’*/%.%())!0#$%&’(")(*+1*2(’&*%)/31),*%,%.,++(’(%-*/-*+’*/%.%())4,56$%&’(3(%-*++’,&-,*%+*’&("%.1*2(’&*%)/31),*%图6摩擦力及摩擦功耗增量参考文献789:桂长林;影响内燃机活塞环<缸套擦伤的因素及防擦伤的摩擦学设计8=:;摩擦学学报>9??@>9@!A#7B@A<B@@;C/,DE;F G((++(&-*+H"’,*/)+"&-*’)*%-G()&/++,%5*+1,)-*%’,%5<&I J,%.(’J,%(’,%,%-(’%"J&*30/)-,*%(%5,%("%.-G(3(")/’(+*’"%-,<)&/++,%5-’,0*J*5,&"J.(),5%8=:;F’,0*J*5I>9??@>9@!A#7B@A<B@@;8B:K/L M>D G(%5K N;O/3(’,&"J),3/J"-,*%*+1,)-*%’,%5,% 3,P(.J/0’,&"-,*%8Q:;R’*S(&-T(1*’->O*’-G2()-(’%U%,H(’),-I>9??B;8A:于旭东>杨俊伟>王成焘>等;活塞与活塞环表面稀土自润滑摩擦学改性研究8=:;摩擦学学报>B V V B>B B!W#7A X6<A X Y;L/Z[>L"%5=\>\"%5D F>]^_‘;F’,0*J*5,&"J)/’+"&(3*.,+,&"-,*%*+1,)-*%"%.’,%5)0I’"’(("’-G)(J+<J/0’,&"-,*%1’*&())8=:;F’,0*J*5I>B V V B>B B!W#7A X6<A X Y;86:K,-*)/5,K>O"5*)G,a>b0,%"Q>]^_‘;N-/.I*%&I J,%.(’0*’(.(+*’3"-,*%*+.’IJ,%(’,%(%5,%(*1(’"-,*%8=:;=N c bT(H,(2>9??X>9Y799A<99?;8W:Q"Q F>N3,-GbK>N G(’’,%5-*%$>]^_‘;c%"J I),)*+J/0’,< &"-,*%"%.+’,&-,*%+*’"&*31J(-(1,)-*%<’,%51"&d2,-G"%,31’*H(.*,J"H",J"0,J,-I3*.(J>R"’-B7&,’&/3+(’(%-,"J J IH"’,"0J(+,J38=:;R"’-=7=*/’%"J*+b%5,%((’,%5F’,0*J*5I>9??Y>B99!=9#79Y<B Y;8X:E,/a>Z,(L e>C/,DE;D*31’(G(%),H()-/.I*+-G(+’,&-,*% "%..I%"3,&3*-,*%*+-G(1,)-*%"))(30J I8=:;R’*&((.,%5)*+ -G($%)-,-/-,*%*+Q(&G"%,&"Jb%5,%((’)>R"’-=7=*/’%"J*+ b%5,%((’,%5F’,0*J*5I>9??@>B9B!A#7B B9<B B X;8Y:R"-,’O>D G(%5K N;c11J,&"-,*%*+"H(’"5(+J*23*.(J-* J/0’,&"-,*%0(-2((%’*/5G)J,.,%5)/’+"&()8=:;c N Qb=E/0’,F(&G>9?Y?>9V9!6#7B B V<B A V;8@:C(’5()NO 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"D?D F 011G 2"R $L ##R "G 3L -S L "R $45Q G L @-C ?%}+S 6?L 7-C ?%V 68(B V L &B V ’D9:M 第1期余志壮等}内燃机气缸套失圆对活塞动压润滑和摩擦特性的影响。
知识获取的现代方法
中国机械工程, No.6, 1996, pp. 36-41现代设计与知识获取谢友柏西安交通大学润滑理论及轴承研究所摘要：产品设计是制造业的灵魂。
为改善中国制造业的境遇和推动制造技术的发展，我们必须认清中国的制造业和发达国家，例如美国的制造业之间的差异。
缺乏开发市场上有竞争力的新产品的能力与缺乏先进设备相比，是更为突出的弱点。
上述能力中最重要的成份是设计知识。
一个新产品的竞争能力在于产品设计中新知识的含量。
在现代设计技术中，必须对为开发一个新产品获取新设计知识的能力的发展给予更多的重视。
本文讨论了设计知识的结构、获取设计知识的信息来源和处理技术。
建议在信息科学、知识工程和计算机技术的基础上发展一个设计知识获取系统和并行设计环境以加速我国制造业现代化的步伐。
关键词：先进制造技术现代设计技术设计知识知识获取1 现代设计技术[ 1 ] 及其在先进制造技术中的作用产品设计是制造业的灵魂。
如果说“管理”是制造业的大脑, 那么“管理”的最重要的任务之一就是为企业铸造好这个灵魂。
因为不管如何, 产品的结构、性能、质量(全面满足用户要求)、成本(全成本)、交货时间(含新产品开发时间) 以及可制造性、可维修性(含产品升级) 以及人、机、环境关系等等, 原则上都是在产品的设计阶段确定的。
而制造业之得以生存和发展, 则取决于其一代一代的产品在激烈的市场竞争中, 能否为用户所选中和接受, 也就是说, 这是一个买方市场。
“先进制造技术”是美国人在他们国民经济发展进程中提出来的。
当然, 我国制造业问题更多。
但是我们的制造业所面临的问题, 是否就是美国制造业所要解决的问题? 我们在现代设计方面所面临的问题, 是否就是美国设计所要解决的问题? 在“有所为, 有所不为”原则下, 以及对“有所为”的部分, 应如何“为”之, 是必须首先弄清楚的。
否则, 制造技术所要研究的命题浩如瀚海, 我们向什么方向去突破才能对国家目标有所贡献？美国的制造业和我们制造业的不同, 至少可以列举以下与讨论“现代设计技术”有关的几点:(1) 美国的制造业是经过二战和二战后空前的发展阶段, 由于战争需要及战后在全球范围中占有市场(例如马歇尔计划等), 在刚性生产的模式下, 某些制造业(例如轿车) 曾经经历过极度的发展, 他们是在这种发展之后谈“夕阳工业”的。
内燃机系统动力学与油膜动力润滑的耦合分析
内燃机系统动力学与油膜动力润滑的耦合分析戴旭东袁小阳谢友柏西安交通大学润滑理论及轴承研究所内燃机系统动力学与油膜动力润滑的耦合分析Study on Coupling Hydrodynamic Lubrication to System Dynamical Behavior inInternal-Combustion Engine戴旭东袁小阳谢友柏(西安交通大学润滑理论及轴承研究所)摘要:本文使用MSC.ADAMS建立了内燃机缸体-活塞-连杆-曲轴系统的系统动力学分析模型。
在忽略油膜润滑情况下进行了内燃机缸体-活塞-连杆-曲轴系统的动力学分析，得到了内燃机在转速稳定和启动过程中各构件的运动及受力情况。
在系统动力学分析中考虑了曲轴主轴承的流体动力润滑作用，建立了内燃机系统动力学与流体动力润滑耦合作用下的动力学分析模型。
通过在MSC.ADAMS中调用自己编写的计算流体动力润滑程序进行了系统动力学与流体动力润滑耦合作用下的动力学分析。
分析结果表明：零部件在动态加速过程中要承受比稳态时更大的载荷。
在内燃机缸体-活塞-连杆-曲轴系统动力学分析中考虑油膜动力润滑作用后缸体的动态受力峰值降低，润滑油膜的动力耦合具有使缸体各部位受力趋于均匀化的作用。
以不考虑油膜动力耦合作用的动力学分析作为设计依据的零部件设计具有过大的安全裕度,在内燃机零部件设计时考虑摩擦学与系统动力学的耦合是必要的。
关键词:MSC.ADAMS内燃机系统动力学润滑动力耦合Abstract: A multi-body dynamics model of Cylinder-Piston-Rod-Crank System (CPRCS) in Internal-Combustion (IC) engine was built with MSC.ADAMS. The numerical simulations of the model were processed in two conditions of stable rotation and startup. The result shows that the maximal forces acting on parts under startup is more than that of stable rotation. An analysis model of coupling bearing hydrodynamic lubrication to system dynamic behavior in CPRCS was established, and the numerical simulation of the model was presented through linking FORTRAN program to MSC.ADAMS. In the simulation, the oil film forces in bearings were computed by solving Reynolds differential equations. After a simulation of five circles, the dynamic forces acting on engine block were received. By contrasting with the results of a modelneglecting bearing lubrication, it is evident that the coupling between system dynamic behavior and lubrication can change the forces acting on engine block. Especially, the coupling effect can decrease the maximal values of the forces. Part designs based on no forces due to oil film lubrication acting on parts possess too large safety factors. It is very necessary to study the coupling between dynamic behavior and tribology behavior in design of internal-combustion engine.Key words:MSC.ADAMS，internal-combustion engine，system dynamics，lubrication， dynamic coupling analysis1 概述内燃机的缸体、活塞组件、连杆组件、曲轴、曲轴主轴承及在它们间起动力润滑作用的润滑油膜共同构成了一台内燃机的核心传动机构。
摩擦学的三个公理
此 产 生 的 概 念 和 方 法 ’可 望 成 为 摩 擦 学 理 论 体 系 和 方 法体系发展的基础=
N 摩擦学的 O个公理
N=E 摩擦学第一公理 ?? 摩擦学行为是系统依赖的 发 生 在 相 对 运 动 >相 互 作 用 表 面 和 表 面 间 的 各 种
行为 是摩 擦学研 究 的 内 容’统 称 为 摩 擦 学 行 为=表 面 的相对 运动>相互 作 用 是 这 些 行 为 的 原 因’而 行 为 的 结 果 则 是 人 们 看 到 的 各 种 与 摩 擦 学 有 关 的 现 象 =摩 擦 学行为 的内 容十 分 复 杂’将 在 以 下 举 例 加 以 讨 论’更 多的实例详见文献F#和 *G=应该强调的是’要注意元 素 之 间 的 相 对 运 动 和 相 互 作 用 ’它 们 改 变 了 单 个 元 素 的固有性 质=所 谓 系 统 依 赖’是 指 简 单 系 统 7见 图 ";
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01---机械设计中多学科行为的耦合作用仿真方法---戴旭东,谢友柏
戴旭东 ，谢 友柏
（上海交通大学机械与动力工程学院，上海 摘 200030）
要：在同时具有多种物理行为的复杂机械产品中，普遍存在着多种学科行为之间的耦合作用。本文分析了机械产品中普 遍存在的不同学科行为之间的耦合作用方式，提出了一种用于描述不同学科行为之间耦合关系的“耦合式”概念， 并在此基础上建立了一种机械产品多种学科行为耦合作用的分析方法——基于耦合式的多学科行为顺序耦合分析 法。最后，以内燃机中的系统动力学行为与曲轴主轴承的摩擦学行为的耦合作用分析为例验证了该耦合分析方法。
基金项目：中国博士后科学基金项目（2004035472） 教育部重点科学技术研究项目（105065）
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机械产品中不同物理行为之间的耦合作用方式常常表现为两种形式： 域耦合和边界耦合。 所谓域耦合， 就是在整个或部分分析域内多物理场共存，各场之间没有边界，如内燃机燃烧室中的热/流耦合、活塞的热 /结构耦合等。边界耦合是在分析域内，各场之间存在明显的边界，不同场之间通过边界作用来实现耦合， 如压力容器分析中的流/固耦合。 1.2 耦合方程式与耦合变量 假使一个复杂产品的一种学科行为可以用一个数学模型来描述。 那么 m 种学科行为可以用形式如下的 m 个数学模型来描述：
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机械产品中多学科行为耦合分析方法
1.1 耦合分析 耦合分析是一种系统的分析方法[8]。一个复杂的部件或一个复杂的产品都可以称作一个系统。多种学 科行为的耦合是指一个系统中的不同学科行为（或称物理行为）之间的相互作用。多种学科行为的耦合分 析是指考虑了两个或两个以上的学科行为之间相互作用的系统分析。比如在内燃机中的动力学行为和摩擦 学行为的耦合分析就是要同时考虑动力学行为、摩擦学行为及它们之间的相互作用的分析。 通常二种学科行为之间的耦合作用可以分为如下三种情况: 1 两种学科行为之间的影响很弱或没有， 这时我们称二种学科行为相对独立。如汽车中的电学行为和空气动力学行为之间基本上不存在相互的影响 作用。2 两种学科行为中，一种学科行为对另一种学科行为的影响较强，而反过来另一种学科行为对这种 学科行为的影响很弱，以至我们常常忽略掉它的影响，这时我们称二种学科行为单向耦合。如内燃机中零 部件的传热学行为对结构动力学行为有较强的影响，反过来结构动力学行为对零部件的温度分布影响很 弱。3 两种学科行为之间存在强的相互作用，这时我们称二种学科行为具有强耦合作用。如内燃机系统动 力学行为和摩擦副的摩擦学行为之间便存在强耦合作用、飞机机翼的结构振动和空气动力学行为间存在着 强的耦合作用。第一种和第二种情况可以看作是二种学科行为耦合的特殊情况。两种学科行为之间的影响 很弱或没有时，可以将不同学科行为分别单独分析。两种学科行为中，一种学科行为对另一种学科行为的 影响较强，而反过来另一种学科行为对这种学科行为的影响很弱时，我们称之为单向耦合作用，单向耦合 分析是耦合分析的一种特例，是只考虑了单向作用的分析。
摩擦学系统的系统理论研究和建模_谢友柏
统其实是很重要的. 同时, 也使得能够在建模中将不同学科行为通过与历史关联和跟随状态变化的系统结构进行耦合
和共同作用于系统. 文章给出了 1个缸套 - 活塞裙部, 连杆大小头和曲轴轴承摩擦学系统的算例.
关键词: 摩擦学; 摩擦学系统; 系统功能; 系统结构 ; 系统状态
中图分类号: O313. 5, TH 117. 1
/ 摩擦学 0诞生不久, 人们就将摩擦学问题作为 1个系统问题进行思考 [ 1- 3] . 比较全面阐述摩擦、磨 损和润滑的系统方法的是文献 [ 4], 研究了如何将 一般系统理论与工程系统分析方法相结合并应用于 摩擦学系统. 文献 [ 5] 将文献 [ 3- 4] 的思想和方法 介绍到国内, 并通过压缩机活塞密封系统的磨损进 行实例阐述. 文献 [ 6] 研究了如何从机械系统抽象 生成摩擦学系统并提出了摩擦学系统状态的问题. 文献 [ 7] 在大系统上研究了摩擦学系统在运动系统 中的功能, 即与构件共同实现机构的运动保证功能. 这与一般基于摩擦副的摩擦学研究专注于摩擦、磨 损、润滑的物理现象是不同的视角. 文献 [ 7] 还提出 了摩擦学系统工程的命题, 并通过内燃机缸套、活塞 环组和滑动轴承、转子这 2 个较大的摩擦学系统进 行了实例分析. 文献 [ 8] 概括了摩擦学中存在的 3个 公理, 即摩擦学行为是系统依赖的, 摩擦学元素的性 质是时间依赖的以及摩擦学行为的结果是多学科行 为耦合和共同作用的结果. 这是研究摩擦学系统所 不能违背的原理. 文献 [ 9] 研究了系统论中非常重 要的摩擦学系统条件转化问题. 文献 [ 10] 从尺度的 角度论 述 了 文 献 [ 3 - 4 ] 中 的 系 统 方 法. 文 献 [ 11- 12] 从不同的学科体系研究摩擦学系统, 前者 研究在非平衡态热力学熵平衡方程的框架下构造摩 擦系统的数学模型, 试图以熵产生的形式定量描述 摩擦磨损过程中发生的所有变化; 而后者则研究各 种摩擦学行为与分形维数之间的关系, 试图借助分 形理论构造摩擦学系统理论的框架.
摩擦学设计主要是摩擦学系统的设计
摩擦学设计主要是摩擦学系统的设计
谢友柏
【期刊名称】《《中国机械工程》》
【年(卷),期】1999(010)009
【摘要】在一般意义下讨论了摩擦学设计，涉及摩擦学设计的内容、目标和特征。
强调摩擦学设计不能仅仅被理解为摩擦副的设计，更不能被理解为摩擦、磨损或润滑的设计。
介绍了国内在转子－轴承－密封－齿轮系统、推力轴承系统、缸套－活塞－活塞环系统、主动磁轴承系统和摩擦学机敏材料（或结构）系统设计方面
所做的一些工作。
国家自然科学基金委员会对这些研究提供了强有力的经费支持。
【总页数】6页(P968-973)
【作者】谢友柏
【作者单位】
【正文语种】中文
【中图分类】TH117.1
【相关文献】
1.基于VFP+SQL的分布式摩擦学设计专家系统的开发 [J], 杨俊辉;孟辉;李健
2.缸套,活塞环摩擦学设计专家系统的设计与建立 [J], 谢友柏;许建平
3.内燃机摩擦学设计系统主框架的研究 [J], 王伟;王静;王光恩;刘焜
4.大型汽轮发电机组转子轴承系统的摩擦学设计和动力学设计 [J], 谢友柏
5.传瓣擦学及传动摩擦学设计——用摩擦学指导机械传动设计的新途径 [J], 韦云隆
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