基于Half-Sommerfeld空化边界的表面织构最优形状研究开题报告

全文总字数：2384字

1. 研究目的与意义

摩擦是物体与物体紧密接触，来回移动，相对运动的物体在接触表面上的阻碍相对运动的现象。

摩擦会产生损耗，每年消耗了世界上三分之一的能源，大多数机械设备都因磨损而报废。

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。

2. 国内外研究现状分析

通过表面织构优化改善表面摩擦学特性的设计思想起源于二十世纪六十年代hamilton等提出了利用表面的凸起来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。

二十世纪九十年代开始，我国学者陆续发表了利用超声和激光等实现表面织构加工以改善摩擦副表面特性的文章，显示出我国在人工表面织构设计和加工方面已取得长足进步。

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；高东海等也发现在钢表面加工一定密度，并且尺寸大小和深度适当的凹坑可以改善线接触摩擦副的摩擦性能，降低其摩擦系数；马晨波等研究了无表面织构、上试件单表面织构、下试件单表面织构和上下试件双表面织构4种不同形式的摩擦副分别在富油和乏油润滑条件和不同载荷下进行摩擦磨损试验，考察了摩擦系数变化规律；白明武等利用原子力局部阳极氧化功能在h钝化硅片表面构筑了具有不同表面覆盖率的纳米尺度柱 状织构，然后以自制的胶体探针小球考察了表面的摩擦和黏着性质；宋起飞等模仿动物体表形态，通过激光加工在铸铁表面制备了具有规则分布的凹坑条纹以及网格等非光滑单元形貌，研究了具有非光滑表面材料的摩擦磨损性能等。

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出国内的不足以及要改进的地方。

（2周）4.利用编程程序和matlab优化工具箱进行不同参数下的数值模拟，并进行分析比较。

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half-sommerfeld空化边界条件下织构单元的最优形状。

具体而言，本次研究通过合理利用matlab优化工具箱和编程求解reynolds方程的方法对单织构单元进行数值模拟研究，获取不同载荷、速度、边界条件下的最优织构形状，并与织构形状为微孔时的性能对比分析，阐明织构单元形状优化的重要性和必要性。

此外，为了使结论更精确，最后还将与织构形状为微孔时、采用reynoldsjfo空化边界条件时的性能对比分析，便能使结论更接近实际。