表面织构形貌参数影响润滑性能的模拟及实验研究

来源 :大连海事大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wpsx236
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合理的表面织构设计可以显著改善滑动摩擦副表面的摩擦学性能。但目前研究的织构表面形貌较为单一,在织构阵列中织构之间的协同作用尚不明确,尤其是考虑空化效应的研究还相对匮乏。因此本文采用数值模拟和实验两种方法在考虑空化效应的条件下,对表面织构的形貌参数和分布模式开展研究。数值模拟方面,建立考虑空化效应的微织构三维计算模型,用CFD方法模拟织构在不同深度、面积密度、表面形状条件下,油膜承载力、摩擦系数和压力分布的变化情况。并设计不同的织构阵列,研究不同分布模式对油膜承载力的影响。实验方面,利用可视化实验台采集空化图片,研究织构诱导空化气泡的生长规律和不同表面形状织构对空化气泡的影响。同时,对模拟研究中的织构阵列开展实验验证研究,验证模拟研究的合理性,并进一步分析织构阵列的减摩机理。研究结果表明:空化现象的存在是微织构提升油膜承载力的主要原因之一,在模拟研究中不可忽略;随着织构深度(面积密度)的增加,油膜的承载力先增大后减小,摩擦系数先减小后增大,即织构存在最优的深度和面积密度,使得流体动压润滑性能最优;随着上壁面运动速度的增大,织构的最优深度有减小的趋势,而最优面积密度稳定为36%;设计具有汇流作用的织构表面形状可以进一步提高油膜的承载力,改善润滑效果,且速度越大,提升效果越明显;分布模式为单对称朝向的织构阵列最有利于油膜承载力的提升,且织构倾斜角度为26.6°时承载性能最优;实验中的结果与模拟一致,单对称朝向织构阵列的摩擦系数比无织构试样降低了29.4%,微织构阵列减摩的主要原因是油膜厚度的增大。另外,实验中发现,织构诱导空化气泡有一个逐步增大到稳定的生长过程,气泡的成分主要是润滑油中析出的空气,织构的表面形状会影响空化气泡的形态。
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