多孔粘弹性体吸胀界面摩擦学特性研究

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多孔粘弹性体由于其独特的材料特性在机械工程领域得到广泛应用,其界面摩擦接触行为亦将决定其实际材料性能。对于多孔粘弹性体,外部液体将通过吸胀、挤压等作用形式进入其体系内部,因此多孔粘弹性体的摩擦行为机制将受到孔隙形状、孔隙内部液体状态等多因素的综合影响,但目前研究中尚未对其影响机制进行准确描述。本文将多孔粘弹性体的吸胀行为机制与界面摩擦特性结合展开研究,主要探究了典型条状孔隙粘弹性体—织物的真实接触摩擦状态、多尺度粘滑行为机制及吸胀界面摩擦特性,在此基础上进一步探究了典型不规则孔隙粘弹性体—PDMS(Polydimethylsiloxane)多孔硅橡胶的吸胀行为与吸胀界面摩擦特性,从而进一步拓展了考虑液体吸胀行为作用下的多孔粘弹性体界面摩擦学理论,并为摩擦副接触密封等方面的潜在工程应用提供研究基础,具有广泛的理论价值及实际工程意义。首先,搭建了摩擦行为及真实接触状态原位观测试验装置,采用图像处理手段获取织物真实接触面积,并进一步结合Howell理论方程建立不同载荷、速度下其与界面摩擦特征动态演化间量化关联。在此基础上,结合织物粘弹性体结构特征,探究其接触界面包含宏观、介观、微观在内的多尺度粘滑行为机制及摩擦行为稳定性,建立了各尺度界面粘滑行为间内秉联系。其次,在分析织物界面摩擦特性基础上,进一步引入吸胀行为机制影响,实现织物中液体吸胀行为观测并结合体积膨胀率等参数定量分析了不同结构尺度下纤维、纱线、织物三者液体吸胀行为间的差异及联系,还探究了液体量恒定及液体蒸发状态下液体含量动态变化过程对吸胀界面摩擦特性的影响。第三,在织物摩擦及其吸胀行为分析方法的基础上,结合吸胀过程量化分析参数及Washburn-Darcy理论方程,对名义弹性模量具有差异的多孔硅橡胶在不同液体性质下的吸胀行为进行分析比较,同时探究了吸胀前后其表面形貌及形貌量化参数变化差异。此外,拓展分析了橡胶薄膜膜厚调控对界面润湿性这一与液体吸胀行为紧密联系特性的影响。最后,在橡胶面接触理论基础上,引入速度、载荷、液体特性、橡胶名义弹性模量以及吸胀持续时间等PDMS多孔硅橡胶吸胀界面的影响因素,在摩擦行为稳定性分析基础上,实现不同PDMS多孔硅橡胶吸胀界面摩擦行为机制的分析比较,进一步剖析各因素对吸胀界面摩擦特性的影响程度及内秉影响机理,从而建立吸胀行为与多孔硅橡胶界面摩擦特性间关联机制。
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