高压高剪切流体边界滑移机理与剪切特性研究.pdf

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1、高压高剪切流体边界滑移机理与剪切特性研究尹振鑫2015年1月中图分类号：U463.212UDC分类号：629.02高压高剪切流体边界滑移机理与剪切特性研究作者姓名尹振鑫学院名称机械与车辆学院指导教师苑士华教授答辩委员会主席陈慧岩教授申请学位工学硕士学科专业机械工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月21日StudyonthemechanismandshearcharacteristicsofboundaryslipunderhighpressureandshearrateconditionCandida

2、teName：YinZhenxinSchoolorDepartment:SchoolofMechanicalEngineeringFacultyMentor:Prof.YuanShihuaChair,ThesisCommittee：Prof.ChenHuiyanDegreeApplied:MasterMajor：MechanicalEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：21/01/2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位

3、论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学硕士学位论文摘要在高压、高剪切工况下，润滑油膜易出现边界滑移现象。此时，油膜流动的速度边界条件发生改变，界面处油液的速度不再简单地等于壁面的运动速度，油膜的厚度、承载力及摩擦力等特

4、征参数也会发生变化。因此，边界滑移现象对润滑油膜的动态特性有显著影响。针对油膜流动的边界滑移问题，本文采用微观分子力学理论，建立微观分子体系剪切模型，分析边界滑移前后油液分子的动力学响应以及速度和剪应力分布情况，揭示了边界滑移产生机理及其演变过程，并拟合得到边界滑移率和极限剪应力计算公式，为考虑边界滑移现象的润滑理论的建立提供了理论基础。本文首先针对工程领域常见的高粘度牵引油“Santotrac50”基础成分的分子结构，进行可视化建模，并耦合工程中常见的钢材基础成分Fe原子，通过分配力场参数，建立微观分子体系剪切流动

5、模型。利用分子动力学模拟理论求解该模型，并研究了油液分子动力学响应特性，分析了其在压力、剪应变率（或壁面运动速度）、壁面润湿性及温度等参数影响下的变化规律。此外，根据受限油液在剪切流动中速度轮廓分布情况，及压力、剪应变率（或壁面运动速度）、壁面润湿性、温度以及膜厚等参数对速度边界滑移的影响规律，拟合得到边界滑移率计算公式，建立了边界滑移速度的计算模型。在此基础上，进一步研究了受限油液在边界滑移前后的剪应力分布及其在不同参数作用下的变化规律，发现了边界滑移时油液近壁面处的剪应力尖峰，揭示了边界滑移现象产生的机理；并分析

6、了压力、剪应变率（或壁面运动速度）、壁面润湿性及温度等参数对受限油液剪切力学特性的影响规律，通过拟合大量的数据点，得到了受限油液在不同工况下的极限剪应力计算公式；分析不同工况起滑条件下的剪应力分布规律，结合边界滑移率模型，揭示了边界滑移现象的发生过程。关键词：边界滑移，分子动力学，牵引油，边界滑移率，极限剪应力I北京理工大学硕士学位论文AbstractBoundaryslipmayoccurreadilywhenlubricatingoilfilmisworkingunderhighpressureandshearr

7、ate.Afterthat,thevelocityboundaryconditionoffilmischangedandthevelocityoffilmadjacentthewalldoesn’tequaltothevelocityofthewall.Thefilmthickness,bearingcapacityandfractionalforcewouldchangeaswell.Thus,boundarysliphasgreateffectonthedynamiccharacteristicsoflubric

8、atingoilfilm.Inthisresearch,moleculardynamictheorywasappliedtoestablishmolecularshearmodelinmicrocosmicwhichwasalsocalledCouetteflowmodel.Then,thedynamicresponse,velocityand