基于表面织构的水润滑橡胶尾轴承摩擦振动抑制机理研究

The concealment, reliability, and occupant comfort of the underwater vehicle are influenced by the frictional vibration and noise of Water lubricated stern bearing. frictional vibration and noise is a very complex natural phenomenon, mainly in low-speed, heavy-duty operating conditions, when the tail bearing is in boundary lubrication or mixed lubrication conditions and the water film is difficult to establish. At present, although with high loss factor of rubber damping material to reduce vibration and noise, the unity of theory and practice has not achieved due to the complexity of the problem. In this issue, the principle of bionic tribology will be applied to make innovations on the surface texture of the water lubricated rubber tail bearing. We'll take the use of numerical calculations, finite element simulation, testing and other means to create the fluid-structure interaction model of surface texture and analyze the temperature, water film pressure distribution in the flow field of the frictional contact interface. The influence, caused by the contact surface deformation, wear and tear, on the tribological properties or the load carrying capacity of surface texture will be researched. The impact law, caused by the surface texture characteristics and environmental conditions, on the frictional vibration will be explored. At last the hydrodynamic effects and mechanism of inhibition of frictional vibration produced by surface texture will be revealed.

水润滑尾轴承的摩擦振动噪声影响水下航行器的隐蔽性、可靠性，以及乘员的舒适性。摩擦振动噪声是一个十分复杂的自然现象，主要出现在低速、重载的工况下，这时尾轴承处于边界润滑或混合润滑状况，水膜难以建立。目前，尽管人们采用高损耗因子橡胶类阻尼材料来减振降噪，但由于问题的复杂性，远未达到理论与实践的统一。 本课题将仿生摩擦学原理应用于水润滑橡胶尾轴承表面织构的创新，采用数值计算、有限元仿真以及试验等手段，建立表面织构流固耦合模型，分析摩擦副接触界面的流场、温度、水膜压力分布状况；研究接触表面变形、磨损对表面织构摩擦学性能、承载能力的影响水平；探索在边界润滑和混合润滑状况下，表面织构特征以及环境、工况对摩擦振动的影响规律；揭示表面织构产生的水动力效应以及抑制摩擦振动的机理。

水润滑尾轴承的摩擦振动噪声影响水下航行器的隐蔽性、可靠性，以及乘员的舒适性。摩擦振动噪声是一个十分复杂的自然现象，主要出现在低速、重载的工况下，这时尾轴承处于边界润滑或混合润滑状况，水膜难以建立。但由于问题的复杂性，远未达到理论与实践的统一。为了提高水下航行器的静音水平，改善尾轴承的摩擦学特性，抑制摩擦自激振动，将仿生摩擦学原理应用于水润滑橡胶尾轴承表面织构的创新，采用数值计算、有限元仿真以及试验等手段，在低速、重载，以及边界润滑和混合润滑环境下，开展了表面织构流固耦合模型研究，分析了摩擦副接触界面的流场、温度、水膜压力分布状况；研究了摩擦表面变形对表面织构摩擦学性能、承载能力的影响水平；探索了在边界润滑和混合润滑状况下，表面织构特征以及环境、工况对摩擦振动的影响规律；探讨了表面织构产生的水动力效应以及抑制摩擦振动的机理，取得的主要研究成果如下：. (1) 建立了边界润滑、混合润滑工况下，水润滑橡胶尾轴承表面织构的水动力效应模型，揭示了高粘弹性材料表面织构特征与水动力效应的内在联系以及水动力效应产生的二次润滑状况对减小摩擦因数和降低摩擦振动的作用。. (2) 建立了表面织构摩擦副动力学模型，研究了有、无表面织构橡胶试样和板条的水动力效应及摩擦特性的差异，探讨了摩擦自激振动的诱发机理，揭示了橡胶表面织构抑制摩擦振动机理，提出了减小摩擦因数及改善润滑性能是表面织构抑制摩擦振动的关键措施。. (3) 探索了橡胶表面织构减振降噪的影响因素，揭示了多因素对高粘弹性材料（橡胶）表面织构减振降噪的综合、交互作用以及影响规律，其中包括载荷、速度、橡胶材料性能以及试验工况和环境条件。 . (4) 提出了高粘弹性材料的摩擦表面变形等对表面织构的水动力效应、摩擦学性能、承载能力的影响规律。