發(fā)布時間：2020-11-17 08:33

　　 橡膠摩擦是生活和生產(chǎn)中普遍存在的問題,如輪胎胎面磨損、密封圈膠面滑動、鞋底磨損和坦克膠輪摩擦等。與其他材料摩擦?xí)r橡膠材料會表現(xiàn)出粘結(jié)-滑移的行為,特別針對較軟橡膠材料滑動摩擦?xí)r,伴隨著粘結(jié)-滑移行為其表面會發(fā)生明顯的特殊波狀變形,又稱為Schallamach波。這些波會導(dǎo)致材料的奇異磨損,機(jī)械的附加震動,密封的泄露和機(jī)械噪音等,同時也可以利用其進(jìn)行材料表面形貌構(gòu)建和調(diào)控。因此,研究橡膠材料摩擦Schallamach波的影響因素和模擬方法,闡明橡膠材料摩擦Schallamach波的行為與機(jī)理,對柔性電子、生物橡膠材料和傳統(tǒng)工程橡膠材料等開發(fā)和應(yīng)用具有十分重要的科學(xué)和工程意義。本文制備了不同力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)材料,搭建了實(shí)驗(yàn)所需的實(shí)驗(yàn)平臺,進(jìn)行了不同條件下摩擦實(shí)驗(yàn),揭示了Schallamach波的演化規(guī)律,并首次實(shí)現(xiàn)了三維狀態(tài)下Schallamach波的仿真模擬。主要工作包括以下內(nèi)容:首先,進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)材料制備與表征和實(shí)驗(yàn)平臺搭建的工作。選取PDMS為實(shí)驗(yàn)材料,通過調(diào)整材料配比制備了具有不同力學(xué)性能的PDMS材料。對實(shí)驗(yàn)材料進(jìn)行了單軸拉伸實(shí)驗(yàn)和DMA松弛實(shí)驗(yàn)來表征其超彈性與粘彈性,對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了不同模型的擬合,選取了最佳的本構(gòu)模型。參考經(jīng)典實(shí)驗(yàn)裝置,設(shè)計和搭建了本文實(shí)驗(yàn)所需的摩擦Schallamach波實(shí)驗(yàn)平臺。其次,定量研究了不同條件下摩擦Schallamach波的演化規(guī)律。進(jìn)行了不同滑移速度、壓縮量和橡膠材料的摩擦實(shí)驗(yàn),獲得了不同滑移速度下Schallamach波表面形貌特征和波出現(xiàn)的臨界滑移速度,揭示了四種摩擦力的波形與滑移速度的對應(yīng)關(guān)系,建立了滑移速度與最大靜摩擦力關(guān)系表達(dá)式,獲得了波速、波長、波數(shù)和接觸面積隨滑移速度、壓縮量和材料配比變化的規(guī)律,并建立了關(guān)系模型。最后,進(jìn)行了摩擦Schallamach波二維和三維仿真模擬研究。通過二維仿真模擬,揭示了材料特性和粘彈性對首波出現(xiàn)時間、傳播時間、波數(shù)和波速的演化規(guī)律,獲得了Schallamach波出現(xiàn)的臨界壓縮應(yīng)變?yōu)?.35,與文獻(xiàn)報道結(jié)果一致。首次實(shí)現(xiàn)了Schallamach波三維仿真模擬,獲得了形貌變化、摩擦力和波速等特征變化規(guī)律,與實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比驗(yàn)證了三維分析結(jié)果的可靠性,并揭示了摩擦過程中橡膠材料的受力狀態(tài)。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：O313.5;TQ330.1
【部分圖文】：

然科學(xué)基金重大項(xiàng)目“大飛機(jī)子午線研究”，項(xiàng)目批準(zhǔn)號：51790502�；詈蜕�產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，如輪胎、密封膠輪、醫(yī)用手套和生物橡膠等[1,2]。與工作狀態(tài)之一，例如輪胎胎面橡膠、橡材料摩擦?xí)r橡膠材料會表現(xiàn)出粘結(jié)-滑部分金屬等材料摩擦?xí)r也會出現(xiàn)這種行點(diǎn)，較軟橡膠材料受到很小的滑動摩擦明顯的特殊波狀變形，這種變形最早allamach 波，如圖 1-1 所示[10]。摩擦過異磨損[11,12]，機(jī)械的附加震動[13]，密封用 Schallamach 波進(jìn)行表面形貌構(gòu)建和amach 波的影響因素和模擬方法，闡明、生物橡膠材料和傳統(tǒng)工程橡膠材料等[18]。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士論文面剝離波的形式通過接觸區(qū)域，在接觸區(qū)域后方消失，波的傳播方向與硬表面的移動方向相反，傳播速度大于硬表面移動速度，如圖1-2所示[30]。在對Schallamach波行為的研究中摩擦力值、臨界速度、波速、波長和變形形貌是關(guān)注的重點(diǎn)[30]。

圖 1-2 Schallamach 波的形成和傳播示意圖[30]1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 Schallamach 波的實(shí)驗(yàn)研究現(xiàn)狀對Schallamach波的研究主要通過實(shí)驗(yàn)方法，經(jīng)典裝置[31]（如圖1-1）的實(shí)驗(yàn)方法為將（透明或不透明）橡膠材料放置于透明玻璃平板上，玻璃半球（或圓柱）在豎直方向固定，以一定壓力（或法向位移）與橡膠接觸，玻璃板沿縱向移動，由此使橡膠材料與玻璃球之間發(fā)生相對滑動，將高速攝像設(shè)備連接顯微鏡頭，拍攝并記錄Schallamach波形成和傳播過程（如圖1-4），通過圖像分析獲得Schallamach波的行為特征[24,32-34]，已報道研究中的部分實(shí)驗(yàn)條件和結(jié)果如表1-1所示。
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本文編號：2887288