颗粒流润滑中的剪切膨胀现象及其形成机理探索

摘要

为了研究颗粒流在摩擦副间隙中的运动和润滑特性,本文构建了一个双筒剪切装置来研究内外筒的受力,并观察颗粒受剪切时所表现的特有现象。如通过改变双筒的表面结构、转速、颗粒粒径和数量等因素来研究颗粒流的运动特性和对摩擦副的影响。结果表明:摩擦副表面越粗糙、颗粒数量越多、颗粒尺度越小,其摩擦力越大；在剪切试验中颗粒流表现出膨胀现象,进而造成装置振动,其成因与颗粒架拱及强力链有密切关联。
　　 针对颗粒受剪切过程,本文还利用离散元法构建了平行板剪切模型,通过上下板间相对运动,监测上板和颗粒的位移以及颗粒间力链的演变,模拟结果表明了颗粒体系受剪切过程中伴随着膨胀和收缩过程,这一特性与流体存在差异。
　　 为了对实验中无法测量的参数有进一步了解,基于颗粒物质特性,利用离散单元法重现双筒剪切模型,验证实验中各种参数的影响并对模拟过程中颗粒体系的力链结构等微观特性进行研究。实验与仿真结果显示:颗粒粒径和颗粒体系的体积分数对颗粒的运动以及颗粒内部力链结构有较大影响；多种参数上两者变化趋势相近,表明了仿真模型的可行性；不同参数对颗粒体系力链结构、接触力和摩擦功等影响较大,如随着摩擦系数的增大,颗粒体系的平均接触力和摩擦功均增大。

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第一章 绪论

1.1 概述

1.2 颗粒流润滑的研究现状

1.3 颗粒流润滑中的剪切膨胀现象

1.4 颗粒流润滑研究现状评述

1.5 本文研究内容

第二章 颗粒介质双筒剪切装置的试验研究

2.1 导言

2.2 试验设备和装置

2.2.1 试验设备

2.2.2 试验装置的设计

2.2.3 试验原理

2.3 双筒剪切装置的实验研究

2.3.1 表面结构的影响

2.3.2 偏心对实验的影响

2.3.3 颗粒数量的影响

2.3.4 颗粒尺度的影响

2.3.5 颗粒材料的影响

2.3.6 外层颗粒的运动和分布

2.3.7 实验中的剪切膨胀现象

2.4 实验误差分析

2.5 本章小结

第三章 离散元方法基本理论及剪切膨胀模型

3.1 数值模拟计算方法

3.2 颗粒流方法简介

3.2.1 二维颗粒流程序的基本假设

3.2.2 颗粒流程序的基本力学理论

3.2.3 PFC中单元接触的本构关系

3.3 颗粒流的剪切膨胀模型

3.4 本章小结

第四章 针对双筒剪切的离散单元法模拟

4.1 颗粒流润滑模型的建立

4.1.1 数值模拟测量方法

4.1.2 主要参数的确定

4.2 颗粒流润滑模型中各种参数的影响

4.2.1 颗粒摩擦系数的影响

4.2.2 颗粒接触刚度的影响

4.2.3 颗粒尺度的影响

4.2.4 颗粒面积分数的影响

4.2.5 转速的影响

4.2.6 内圈表面结构的影响

4.3 部分实验与模拟结果的对比

4.3.1 颗粒尺度对比

4.3.2 转速影响的比较

4.4 颗粒流模拟过程中的微观特性研究

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文