表面织构对水润滑轴承混合润滑性能的影响

为分析表面织构对水润滑轴承混合润滑性能的影响,基于平均Reynolds方程及JFO空化边界条件建立带有表面织构的水润滑轴承混合润滑模型并数值求解,获得不同织构参数下水润滑轴承的Stribeck曲线。研究结果表明:表面织构是否能改善润滑性能与其深径比及面密度参数密切相关,织构的引入并不一定能降低水润滑轴承的摩擦因数;表面织构的面密度和深径比存在最优值,能使水润滑轴承获得最大的膜厚比与最小的摩擦因数,并在较低的转速下由混合润滑状态进入流体动压润滑状态。     

织构分布影响钻头轴承减磨性能的仿真和实验研究

针对织构分布角度对织构润滑减磨性能影响的问题,基于Reynolds方程建立单一织构全油膜润滑条件下的动压润滑理论模型,求解不同分布角度下织构表面动压润滑性能,并计算织构表面空化单元数目,从织构表面空化效应角度分析织构分布角度对织构动压润滑性能的影响。开展牙轮钻头滑动轴承模拟工况下单元摩擦学实验,通过对比摩擦副试样表面摩擦学性能分析织构分布角度的影响。数值仿真结果表明,织构表面空化离散单元数目越多,其动压润滑性能越好;单元实验研究结果则表明,基于捕获磨屑、减小二次磨损的作用机制,织构单元垂直于滑移方向的边长越长,织构表面的摩擦磨损性能越好。     

基于流体动压润滑效应的人工髋关节材料表面织构优化研究

以销-盘试验为模型,基于有限差分法,以Reynolds方程为理论基础,建立含有表面织构的人工髋关节材料的摩擦表面在全膜润滑下的数值模型,分析表面织构各个参数对两摩擦表面间油膜压力分布的影响。结果表明,在该模型条件下,销-盘摩擦表面间能够形成流体动压润滑,不同的表面织构参数对销盘摩擦表面间的油膜压力分布产生较大的影响。通过该模型可得到实现最佳摩擦表现的最优化的表面织构参数,从而为人工髋关节材料销-盘实验的设计提供参考。     

织构化表面空化效应影响润滑性能的CFD分析

考虑织构化表面润滑介质流场的空化效应,建立具有不同截面微结构特征的有限元计算模型,利用Fluent14.0软件进行计算,研究表面织构几何形状及尺寸对流体润滑性能的影响。结果表明:考虑惯性项作用时,表面微织构会产生额外的承载力,而且随着速度提高,承载力会进一步增大;考虑空化效应时,承载能力增大近一个数量级,更符合文献中的试验结果;与三角形、矩形及椭圆织构截面相比,球缺截面的织构空化面积更小,更有利于提高承载;微结构深度和宽度尺寸影响摩擦和承载性能,研究表明,减小织构深度、增大织构宽度有利于改善润滑性能。     

深槽表面涡流效应对气体润滑流量特性的影响

采用基于NS方程的CFD方法,开展二维矩形槽单元结构微米间隙气体润滑流量特性研究,讨论Reynolds方程的有效性.数值计算剪切流和压差流工况涡流随槽深的变化规律,对比分析压力和剪切速度对流量特性的影响规律.结果表明,槽深影响涡流效应的强度,在小槽深时,涡流效应对气体润滑的流量特性的影响可以忽略,Reynolds方程适用于分析气体润滑密封性能；随着槽深增加,涡流效应对流量影响较大,Reynolds方程的计算偏差增加.     

表面织构对滑动轴承润滑性能的影响

以给定载荷和转速的滑动轴承为对象,基于统一Reynolds方程法建立润滑分析模型,研究几种分布形式的表面织构对润滑性能的影响。数值计算结果显示:织构分布对轴承偏心率和最小厚度影响显著,合理的部分分布织构明显改善轴承的润滑性能;存在最佳织构深度使得不同分布的织构润滑效果最优;矩形凹槽、矩形凹坑、圆形凹坑的织构分布中,矩形凹槽润滑效果最好;沿圆周方向单列矩形凹槽的润滑效果优于多列矩形凹坑;表面织构在高速、轻载时改善润滑的效果明显。     

铟强化椭圆复合表面织构润滑计算

提出铟强化椭圆复合表面织构润滑计算模型,当两表面间的润滑油膜厚度远小于椭圆表面织构单元的凹槽深度,应采用Reynolds方程;当润滑油膜厚度大于织构单元的凹槽深度,应采用动量方程进行计算;并应根据形貌类型几何参数摩擦工况接触方式界面材料性能润滑油以及环境影响等因素进行修正。     

表面织构对人工膝关节流体动力润滑性能的影响

为探究表面织构对人工膝关节流体润滑性能的影响,对加入表面织构的人工膝关节进行流体动力润滑分析,推导出适合该模型的雷诺方程,并基于有限差分法对雷诺方程进行求解,通过借助MATLAB软件进行编程计算,得到表面织构参数对本模型的摩擦润滑性能的影响规律。结果表明:随着表面织构深度的增大,摩擦因数先增大后减小,在研究的表面织构半径范围内,摩擦因数随着表面织构半径的增大而减小,因此在一定范围内,适当增加表面织构半径和表面织构深度有利于改善该模型的摩擦润滑性能。     

表面织构分布参数对流体动压润滑的影响及其数值优化

为获得最优的表面织构分布参数,以球冠凹坑织构模型为研究对象,选择不等边的矩形计算控制单元,建立水平和垂直分布距离(密度)不等的表面织构分布模型。根据流体动压润滑原理,基于Navier-Stokes方程建立二维Reynolds方程,并通过多重网格方法进行求解,以平均油膜压力和油膜压力峰值作为动压润滑性能的评价指标,研究表面织构分布间距对油膜压力数值大小和油膜压力稳定性的影响,并研究表面织构分布间距对油膜压力的影响机制。结果表明:控制区域平均油膜压力随凹坑控制单元边长的增大先逐渐增大再缓慢减小,当织构单元边长为凹坑半径的3.4倍,长宽比为0.82时,可以获得最优的油膜承载力;适当增大边界凹坑的控制单元,使边界处凹坑左右侧间距都在凹坑半径的3.4倍左右时,可以有效地提升油膜压力稳定性;泵吸作用和影响区域占控制区域比率的变化导致表面织构分布间距对油膜压力产生了影响。     

计及表面形貌和热效应的燃油泵滑动轴承润滑分析

主要分析了轴承表面形貌和润滑剂黏温效应对燃油泵滑动轴承润滑性能的影响。以流体润滑理论为基础,计及轴承表面形貌参数和润滑剂黏温效应等影响因素,建立燃油泵滑动轴承润滑分析模型。Reynolds方程采用有限差分法求解,联立Reynolds方程、热平衡方程及润滑剂黏温方程求解轴承油膜压力和温升。结果表明:表面形貌和热效应对燃油泵滑动轴承的润滑性能存在直接影响,且偏心率越大,影响越明显;表面越粗糙或表面方向参数越小,轴承最大油膜压力、油膜反力和摩擦力均越大;考虑热效应时,轴承最大油膜压力、油膜反力、端泄流量和摩擦力均减小。     

A transient 2D-finite-element approach for the simulation of mixed lubrication effects of reciprocating hydraulic rod seals

This paper presents a method for the computation of soft elasto-hydrodynamic lubrication (EHL) based on the strong coupling of a non-linear finite-element model with the transient Reynolds equation for thin fluid films. This approach allows the usage of arbitrary non-linear elastic or inelastic material models for the finite deformations. The transient Reynolds equation is simultaneously solved within a finite-element computation. In order to account for the effect of surface roughness in the sealing contact, flow factors are incorporated into the transient Reynolds equation. The method is currently restricted to planar or axisymmetric geometries.     

表面凹痕织构动压承载性能的CFD分析

为研究表面凹痕织构的动压承载性能,在建立其几何模型的基础上,采用基于N-S方程的CFD方法研究不同参数下表面凹痕织构的平均承载力变化规律,并考察雷诺数、织构宽度和深度对动压承载性能的影响。结果表明:雷诺数的增加能够大幅提升表面凹痕织构的平均承载力;随着织构宽度的增加,表面凹痕织构的动压承载性能趋于优良;当量纲一织构深度处于0.5～1时,表面凹痕织构具有最佳的动压承载性能。     

表面织构特征对其摩擦润滑特性的影响

为研究织构阵列的形貌、排布方式对织构化滑动摩擦副摩擦学特性的影响,利用三维CFD仿真方法,基于Navier-Stokes(N-S)方程建立不同形貌、排布的织构阵列摩擦副的润滑模型,分析不同形貌及排布方式对压力分布和承载特性的影响;在此基础上,研究6种形貌、2种排布方式织构的润滑特性及摩擦性能。结果表明,流体流入收敛楔产生正的流体动压,流入发散楔产生负的流体动压,规则排布的织构单元摩擦性能优于错开排布的织构单元。在最优的雷诺数条件下,不同形貌的织构单元平均摩擦系数随面积率的增加而减少,菱形织构和球冠形织构面积率从4.5%增加到12.5%时,摩擦系数分别降低了81%和76%。因此,合理的选择织构形貌、尺寸有助于改善织构化滑动摩擦副的摩擦学特性。     

表面粗糙度对多孔端面机械密封膜压的影响

为了研究表面粗糙度对多孔端面机械密封膜压的影响,建立含粗糙元的矩形截面轮廓激光加工多孔端面机械密封微间隙液膜多尺度的三维几何模型和计算模型,采用有限体积法求解三维N-S方程,分析相对表面粗糙度、粗糙元密度、不同分布位置对膜压分布的影响规律。研究表明:表面粗糙元和微凹腔都能产生动压效应;分布在动环端面的粗糙元对静环膜压的影响较大,分布在静环端面的粗糙元对动压效应的影响相对较小;随着粗糙元密度的减小,动环上粗糙元的动压效应增强,影响区域将由动环表面沿膜厚方向扩大到静环表面;较小或较大的相对表面粗糙度对静环膜压的影响相对较小,而中等的相对表面粗糙度,兼具较强的动压效应效果和较大的影响范围,对静环膜压的影响相对较大,它使得微凹腔在静环上形成的低压区减弱甚至消失。     

表面织构动压滑动轴承油膜力解析模型

提出一种求解表面织构动压轴承油膜力的解析模型。基于Sommerfeld油膜边界,通过分离变量的方法,求解表面织构动压滑动轴承二阶偏微分Reynolds方程,得到表面织构动压滑动轴承油膜压力解析式。以圆形凹坑轴承为例,在油膜区域通过积分求得织构轴承的油膜力,分析织构参数对油膜压力的影响,研究发现,表面织构位于收敛区域(升压区)的轴承,其润滑与承载性能优于表面织构位于发散区域(降压区)的轴承、全织构轴承以及光滑轴承。对比了提出的解析模型与FDM和CFD模型在不同长径比和偏心率下的计算结果,结果表明,提出的解析模型能准确地描述表面织构动压滑动轴承的油膜力,且计算结果同FDM和CFD模型计算结果基本一致,验证了该模型的正确性。     

考虑软三体接触的粗糙界面混合润滑模型研究

软三体颗粒润滑是利用大量松散的固体软颗粒在界面中的承载和剪切行为实现特殊环境下界面的减摩,因此研究软颗粒介质摩擦界面在剪切过程中的受力情况,对软三体颗粒润滑机理的分析以及润滑装置的设计都具有重要意义。研究中将第三体颗粒类比为流体,基于雷诺方程、黏度方程、Greenwood和Williamson接触模型（G-W模型）等建立了含大颗粒粗糙界面的混合润滑模型。该模型中摩擦副的总载荷及总摩擦力由流体、微凸体和大颗粒三部分共同构成。通过采用有限差分法对上述物理模型进行求解分析,探究膜厚比、第三体大颗粒的质量浓度、粒径以及试件的表面形貌、弹性模量对三体接触界面的承载和摩擦力的影响情况,进而分析大颗粒粒径和接触表面粗糙度耦合时软三体接触界面的力学性能。基于对所构建的软三体接触界面混合润滑模型的研究可知：合理选择大颗粒质量浓度、粒径以及试件的表面形貌、弹性模量有助于提高承载、减小摩擦力,使得软三体颗粒流具有更好的减摩润滑性能。     

Approximate closed-form solution of the synovial fluid film force in the human ankle joint with non-Newtonian lubricant

The aim of this paper is to propose an approximate closed form lubrication model of the human ankle joint by taking into account the porosity of the cartilage matrix and the non-Newtonian behaviour of the synovial fluid. The model is based on the theory of squeeze lubrication and introduce an original modified Reynolds equation obtained modelling the synovial fluid as a couple-stress fluid and the synovial fluid transport across the articular cartilage by using a modified Darcy's equation. This approach gives the advantage to obtain an analytical expression of the synovial pressure field and of the non-stationary fluid film force acting in the synovial joint during the squeeze motion in terms of couple-stress parameter, film thickness, and porosity parameter.     

Hydrodynamic Lubrication of Microdimple Textured Surface Using Three-Dimensional CFD

Surface texturing has been recognized to be very efficient in modifying the tribological performances of sliding surfaces. In the present article, a three-dimensional hydrodynamic lubrication model of the incompressible Newtonian fluid is proposed on the textured surface with a single spherical cap microdimple based on the full Navier-Stokes equation. The three-dimensional pressure field and velocity field of lubrication film are obtained by employing the finite volume method (FVM). The effects of geometric parameters and Reynolds number on pressure field, load-carrying capacity, friction force, and friction coefficient are investigated. Numerical simulation led the authors to conclude that the load-carrying capacity of the lubrication film is monotonously enhanced with increasing microdimple width and Reynolds number, and a reverse tendency is obtained for friction force and friction coefficient. The dimensionless optimum microdimple depth increases with the increase of the width and decreases with the increase of the Reynolds in the range of 0.80–2.00, which is responsible for the largest load-carrying capacity and the smallest friction coefficient. It has also been found that the optimum depth becomes a critical value to produce a vortex in the bottom of the dimple. Further analysis indicates that the optimum dimple depth becomes a transition of lubrication mode from hydrodynamic to mixed lubrication for a textured surface with a fixed microdimple.