基于JFO空化边界的表面织构最优形状研究开题报告

全文总字数：3213字

1. 研究目的与意义

摩擦阻碍物体的运动，使运动能量遭受损失，同时摩擦还伴随着表面材料的损失，即发生磨损，磨损使零件的尺寸改变，失去应有的精度和功能。

根据统计，摩擦消耗了世界一次能源的1/3以上，磨损导致60%以上的机械材料损耗，特别是在工程上，随着工业技术的不断发展以及世界能源的日益匮乏，对于摩擦副表面的设计要求越来越高，迫切要求我们进行深入、合理、系统的研究。

经过很长一段时间的研究，科学家们在减摩和耐磨材料表面镀层、润滑油和添加剂等方面已取得巨大进展，但是相对而言，摩擦副表面的组织化扑拓形貌的设计及相关研究仍然是其中较为薄弱的环节。

2. 国内外研究现状分析

表面织构化改善表面摩擦学特性的设计思想主要来源于20世纪60年代，hamilton等提出了利用表面凸起来的产生附加动压润滑效果的想法，即凸起的一边与摩擦副的另一面之间形成收敛楔而产生流体动压力，而凸起另一边的发散楔产生的负压由于空化现象的产生而得到了限制，最终在相对滑动表面产生了额外的承载能力。

到了20世纪90年代，我国学者陆续发表了利用超声、激光等实现织构加工以及改善摩擦副表面特性的文章，标志着我国在人工表面织构设计和加工方面已取得了很大进步。

1.国内外对于表面织构改善摩擦学性能的研究国内研究人员，刘一静等利用微细电解加工技术在真实的活塞裙部表面制作了几种直径和深度不同的微米级表面织构；胡天昌等采用声光调的固体nd:yag激光器在45#钢表面进行了织构化处理；刘东雷等采用皮秒激光在铸铁表面实现了微织构化，考察了光滑、凹坑、网纹和断纹4 种不同表面的摩擦磨损性能；汪家道等考察了面接触情况下不同尺寸的规则凹坑对表面润滑性能的影响；王晓雷等在 sic 表面制备了坑状织构，并模拟了推力轴承在水环境下的摩擦情况等；国外研究人员，wakuda等在si3n4表面制备了具有不同直径、密度和形状的坑状织构，考察了坑状织构对 si3n4表面与钢对摩时摩擦性能的影响；andersson等采用激光烧蚀抛光技术在钢表面制备并考察了织构对表面润滑行为的影响；voevodin等利用激光加工技术在ticn硬质自适应涂层表面制备了微米尺寸的坑状阵列，通过改变微坑的直径和间距控制微坑的表面密度在0.5% ～50% 之间，然后将固体润滑剂mos2和石墨溅射到织构化表面做了研究；basnyat采用等离子体刻蚀制备了tialcn薄膜微凹坑表面，然后利用磁控溅射在微凹坑中填充单相 mos2 和多相 mosx-ag固体润滑剂，以si3n4球作为对偶在25和570℃考察了这些材料的摩擦系数等。

3. 研究的基本内容与计划

1.查阅资料，完成开题报告。

（2周）2.完成翻译，并熟悉熟悉reynolds方程及其数值求解方法、最优化设计理论和方法及其matlab工具箱。

（2周）3.对国内外的研究现状进行系统全面的阐述，指出国内的不足以及要改进的地方。

4. 研究创新点

通过结合优化设计理论和流体润滑理论，数值模拟探讨jfo空化边界条件下织构单元的最优形状。

目前织构化表面能提高摩擦副的摩擦性能已经被国内外学者作了大量研究，并且被接受。

然而织构的参数受到很多条件和环境的影响，本次研究通过合理利用matlab优化工具箱以及运用准确条件，结合reynolds方程并用数值法编程求解，以法向承载力能力的大小来评定优化结果，改变并获取不同载荷、速度、边界条件下的织构的形状，对比后以获得最佳织构参数。