用复合振子模型计算纳米尺度滑动摩擦力的研究

以光滑界面摩擦为研究对象,探讨用复合振子模型计算纳米尺度滑动摩擦力的原理和方法,推导出滑动摩擦力和摩擦因数的计算公式,并用原子力显微镜探针在硅试样和云母试样上做扫描实验进行验证。实验值与理论计算值的对比结果表明,两者所反映的规律基本一致,表明所提出的理论和方法可行。研究表明,滑动摩擦力与接触面积成线性增长关系,并随宏观振子横向刚度的增大而减小,由于可通过改变摩擦表面的几何形貌来改变宏观振子的横向刚度,因此这一结论将为摩擦控制提供一种新途径。

摩擦微观能量耗散机理的复合振子模型研究

提出无磨损界面摩擦微观能量耗散机理的复合振子模型,指出滑动摩擦过程同时存在整体做低频弹性振动的宏观振子和界面原子受激励产生热振动的微观振子,并在此基础上分析了宏观振子和微观振子对摩擦能量耗散的不同影响.通过对界面原子的动力学分析,指出摩擦过程界面激励力的频率是能量转换的关键:在平衡力作用阶段,界面作用力的频率趋于零,因而可以直接作用到每个原子,力的作用效果是整体和均匀的;在失稳跳跃阶段,由于界面激励力的频率极高,造成摩擦界面原子获得的能量分布很不均匀,从而产生不可逆的能量耗散过程.与目前通用的独立振子模型比较,复合振子模型能够更准确描述摩擦能量耗散过程,可为摩擦控制提供理论指导.

界面摩擦过程非连续能量耗散机理研究

结合无磨损界面摩擦微观能量耗散机理的复合振子模型,运用量子理论建立了微观能量耗散的量子力学模型.分析表明:在滑动过程中,当界面原子从一种平衡态跳跃至另一种平衡态时,摩擦功以离散形式耗散为界面原子热振子,且界面吸收能量的能力是离散的;高能态界面较低能态界面吸收能量的能力强,表现为易于吸收界面势能.界面原子吸收和释放能量的离散性在宏观上表现为摩擦功耗散的非连续性,为从微观角度解释无磨损界面摩擦状态周期性变化提供了理论基础.