计算摩擦学

Tribology is an ancient and new subject to study friction, wear and lubrication, where there is a relative motion between the surfaces. Problems currently existing in tribological research are too more qualitative research methods and experimental measurements, but less quantitative calculation and analysis ones. Although many theories and methods of calculation have been proposed in the tribology research process, but manpower, and resources focus on the calculation of tribological is limited and the systemgtic and applible tribological analysis softwares are few. Therefore, it is necessary to strengthen the research effort in this area. According to the tendency of the development of a subject and the status of modern science and technology, we currently propose the project to carry out an important study on calculation of tribology. By the research, we will not only provide powerful analytical methods for numerical analysis of tribological problems, but also supply a set of procedures, which can be directly used or be easily modified by majority of tribology research workers and technicians. Thus, it will greatly reduce or avoid a lot of repeat work, and bring about significant economic and social benefits.

摩擦学是研究相对运动表面间的摩擦、润滑和磨损的一门古老又新兴的应用科学。目前在摩擦学研究中存在：实验和测量的定性研究方式偏多，计算和分析的定量研究方式过少等倾向。虽然在摩擦学研究过程中人们提出不少可以用来计算求解的理论和方法，但是由于在计算摩擦学方面的认识和人力、物力投入有限，目前较系统和适用的摩擦学计算分析软件还十分匮乏，因此有必要加强这方面的研究力度，这将对摩擦学研究或应用都是十分必要的。本申请根据学科发展的趋势和现代科学技术现状，适时提出对计算摩擦学开展重点研究的建议。期望通过对摩擦、磨损和润滑计算方法与实用程序进行全面研究和开发，不仅为摩擦学研究提供有力的数值分析手段，而且为广大摩擦学研究工作者和技术人员提供可直接使用的计算摩擦学一整套分析方法和程序方便直接使用或改编，从而大大减少或避免重复工作，将会带来明显的经济和社会效益。

传统摩擦学是以连续介质力学、材料学等学科为基础的应用学科，从连续介质力学得到的摩擦学分析方法在流体润滑方面取得了迅速和较全面的发展，为滑动轴承、滚动轴承、齿轮等机械零件的润滑性能分析和设计计算奠定了坚实的基础。但是，在摩擦和磨损方面的数值计算研究确远远落后于润滑计算分析，迄今为止还没有得到系统和有效的分析手段。由于计算机技术的迅速发展，复杂的摩擦学问题有可能通过数值分析得以预测和指导。此外，先进的测试技术对于摩擦学现象可进行深入细致的观察，从而建立更加完善的数学物理模型。这样，可以使得许多工程问题的摩擦学计算更加接近实际。.主要研究内容包括：非牛顿流体润滑理论计算及实验研究；摩擦行为建模与数值计算；磨损的数值计算与实验研究及常用摩擦、磨损计算系统的开发；粘着及真空环境等特殊工况下的计算摩擦学研究。.取得的主要成果包括：提出流速分离法，并据此建立了适用于非牛顿流体润滑问题的求解方法，推导出了普遍适用的求解非牛顿流体润滑问题的润滑方程的表达式——普适流体润滑方法；依据Iwan模型和Mindlin粘滑模型建立了考虑真实粗糙度的面接触模型，通过数值方法对推导出的模型进行计算，并讨论了表面统计参数对切向行为的影响；据光弹性原理，研制了线接触运动光弹实验平台，涉及到其机械装置，光学元件和图像采集系统进行系统的分析设计，针对摩擦学实验中的问题，采用该实验平台同时结合数值分析手段进行了深入研究；开发了一个常用摩擦磨损计算的专家系统，并提供详细的计算程序库供研究人员进行调用和改编，涉及的网上计算摩擦学系统已开放对外使用。.本项目通过深入的摩擦学计算研究，为广大摩擦学研究工作者和技术人员提供可直接使用的计算摩擦学一整套分析方法和程序方便直接使用或改编，从而大大减少或避免重复工作，带来明显的经济和社会效益。