关于摩擦力方向和摩擦关系式

本文讨论如何正确运用摩擦关系式，以避免因摩擦力方向处理不当而出现各种常见的错误．

含氮杂环衍生物的摩擦学定量构效关系研究

以从头计算Hartree-Fock分子轨道法计算了苯并恶唑、苯并咪唑、苯并噻唑、二氢噻唑以及哌嗪5种母核的17种含氮杂环衍生物润滑油添加剂的量子化学结构参数,通过多元线性回归分析研究了这些分子的摩擦系数与量子化学结构参数之间的关系,建立了具有良好拟合效果和预测能力的摩擦学定量构效关系模型.结果表明,含氮杂环衍生物的总能量和偶极矩是影响其减摩性能的主要量子化学结构参数,并对减摩机理进行了探讨.

断层上的摩擦本构关系研究

导出了描述断层滑移的一种新摩擦本构关系。该摩擦关系采用2个参数来分别描述滑移强化和弱化过程。与现有的摩擦关系相比．更能反映断层滑移的机理。该摩擦关系还将断层法向压力的变化偶合进去。使采用该关系能更好的计算倾向断层的滑移运动。

不同摩擦本构关系对断层自发破裂动力学过程的影响

地震是断层的摩擦失稳过程.摩擦本构关系对断层的破裂成核、破裂传播、破裂速度、能量释放、破裂终止等起着至关重要的控制作用.为了比较不同摩擦关系在断层自发破裂动力学过程中的影响,文中引入目前应用最为广泛的4种典型摩擦本构关系,它们分别是:滑移弱化摩擦关系,速率弱化摩擦关系,以及速率-状态相依摩擦关系中的老化定律和滑动定律.研究中利用有限单元方法对上述4种摩擦关系控制的断层自发破裂过程分别进行模拟计算,模拟结果显示:当模型参数相同时,不同摩擦关系模拟的破裂行为总体上具有一致性,都可以产生亚剪切破裂或超剪切破裂,并且破裂传播速度的大小与摩擦本构关系的类型无关.此外,它们之间还存在着较大的差异:(1)速率弱化摩擦关系可以模拟脉冲型破裂;而其他3个摩擦关系只能模拟裂纹性破裂.(2)不同摩擦关系模拟的超剪切破裂转换长度不同,速率-状态相关摩擦关系的老化定律相比其他摩擦关系需要更大的转换长度才能实现亚剪切破裂转变为超剪切破裂;而速率弱化的摩擦关系的超剪切转换长度可以为0,即不需要转换距离就直接产生超剪切破裂.(3)速率弱化摩擦关系模拟的破裂速度自成核后很快就达到稳定值;而其他类型摩擦关系模拟的破裂传播则要经历由缓慢破裂到逐渐加速直至达到稳定破裂的过程.值得特别指出的是,本文所使用的4种摩擦关系都不能完整地反映实际大地震破裂过程的摩擦属性,需要进一步深入研究.

汽车盘式制动器摩擦-振动耦合特性试验研究

本文针对9种具有不同厚薄差和端面跳动量组合的汽车盘式制动器,利用制动器惯性试验台在四种制动压力工况下进行了制动转矩和制动压力的测量,并通过阶次分析与小波分析的方法研究了盘式制动器摩擦特性与制动压力波动之间的耦合关系.研究发现:制动盘的厚薄差和端面跳动会引起法向力的波动,进而引起摩擦系数的波动,并且摩擦系数、制动压力以及制动转矩的波动都与转速存在2阶的阶次关系;摩擦系数静态成分随着相对速度的减小和制动压力的减小而增大;摩擦系数动态部分随制动压力的增大而减小,且主要由制动盘厚薄差引起,端面跳动对其影响不明显.

水基边界润滑剂的摩擦特性

本文介绍了采用M-200摩擦磨损试验机在所给定的各级负荷下,对所合成的用于水基边界润滑系统的边界润滑剂,进行的摩擦特性的试验,结果表明:在以水为溶剂的边界润滑系统中,负荷对摩擦特性的影响有效地反映该系统的润滑性能的优劣,与大挂等人所测定的温度对边界润滑剂的摩擦特性影响具有同样的效果。结果还为我们提供了水系金属加工液选择合适的边界润滑剂的依据。

含氮杂环衍生物的磨损定量构效关系研究

以从头计算Hartree-Fock分子轨道法计算了苯并恶唑,苯并咪唑,苯并噻唑,二氢噻唑以及哌嗪五种母核的36种含氮杂环衍生物的量子化学结构参数.依据摩擦学定量构效关系理论,采用多元线性回归法对这些化合物进行了磨损定量构效关系研究,建立了合理的预测模型.结果表明:含氮杂环衍生物作为润滑油添加剂的抗磨能力与化合物的偶极矩和总能量相关性较好,并对母核性质具有较强的依赖性.所得模型具有较好的预测能力,可用于指导新型润滑油添加剂分子的设计及合成.

BPNN用于含氮、硫杂环润滑油添加剂抗磨性能的定量构效关系研究

采用反向传播神经网络法(Back Propagation Neural Network,简称:BPNN)对31种含氮、硫的2-烷基黄原酸酯类润滑油添加剂的抗磨性能进行了摩擦学定量构效关系(Quantitative Structure Tribo-ability Relationship,简称:QSTR)的研究,得到了具有良好的稳定性和预测能力的BPNN-QSTR模型(R^2=0.998 4,R^2(LOO)=0.695 9,q^2=0.879 1).参考输入层的12种2D和3D结构描述符的敏感度,对影响抗磨性能的分子结构进行了相应的探讨.结果表明:分子中的N和S杂原子对其抗磨损性能有显著的影响;同时,分子长度、所含双键S原子和芳香环数量以及分子支化程度等都是影响抗磨性能的主要因素.

龙门山断裂带断层岩在水热条件下的摩擦滑动特性实验研究

为了探索断层岩石在断层带不同温度和压力条件下其摩擦强度和摩擦滑动稳定性对于断层活动性的影响，我们采集了龙门山断裂带地震发生区段出露的自然断层泥样品和后山断裂带韧性剪切带中的富含层状硅酸盐矿物的糜棱岩样品进行了水热条件下的摩擦滑动实验研究。我们根据自然断层泥样品的XRD分析结果选取了5种具有不同矿物组合及含量的自然断层泥样品并在50MPa的初始围压和25℃～150℃的温度条件下进行了摩擦滑动实验。

低雷诺数绕丝组件摩擦阻力研究

钠冷快堆在事故紧急停堆后,经过堆芯的一回路自然循环是堆芯燃料组件冷却的唯一途径,因此准确的预测自然循环条件下堆芯内钠流的流动和温度分布对钠冷快堆非能余热排出系统的设计具有重要意义。采用不同的绕丝棒束组件摩擦阻力计算关系式,使用子通道分析方法,对37棒燃料组件内流动与传热进行了模拟,并将模拟结果与实验数据对比,发现子通道分析方法采用UCTD公式时有着较好的准确性,且随着流速的增大,钠流内的流动交混是不可忽视的。

基于氢谱修饰指数的润滑油添加剂抗磨损性能的预测研究

润滑油添加剂对保障机械运行的稳定性和安全性、延长设备的使用寿命、节约能耗具有重要作用,由于通过实验获得数据费时费力,故用定量结构摩擦性能关系研究方法,来获取抗磨损性能数据成为一种简便而高效的方法.为研究酰肼类及磷酸类润滑油添加剂抗磨损性能与结构的关系,定义并建构了新的氢谱修饰指数^(0)H,并计算36个酰肼类及磷酸类分子的电性距离矢量,筛选了M_(2)、M_(3)、M_(21)和M_(59),将这5个结构描述符作为BP神经网络的输入变量,磨损体积量度V s作为神经网络输出变量,用5-3-1的神经网络结构,构建了神经网络法预测模型,模型相关系数0.944,磨损体积量度V s的预测值与文献实验值的平均相对误差为2.61%,优于文献方法结果.结果表明:酰肼类及磷酸类润滑油添加剂抗磨损性能与氢谱修饰指数有良好的非线性关系,影响抗磨损性能的主要因素是分子中原子特性、基团片段的—CH_(3)、—CH_(2)—、>CH—、—O、—N—和—P—等.该研究对指导合成新型抗磨损性能好的化合物分子有理论意义.

黄原酸酯类杂环化合物的极压抗磨性定量构效关系研究

以从头计算Hartree-Fock分子轨道法计算三类(2-烷基黄原酸酯基乙酰氨基吡啶、2-烷基黄原酸酯基乙酰氨基苯并噻唑、2-烷基黄原酸酯基乙酰氨基噻唑)黄原酸酯基杂环润滑油添加剂的量子化学结构参数,通过多元线性回归分析分别研究这些分子的磨斑直径、最大无卡咬负荷与量子化学结构参数之间的关系,建立具有良好拟合效果和预测能力的抗磨性和极压性定量构效关系模型。结果表明,黄原酸酯类杂环化合物的熵是影响其作为润滑油添加剂抗磨性能的主要量子化学结构参数,而分子总能量对其极压性能产生重要影响。

橡胶摩擦和磨耗的统一物理概念(一)--橡胶新的摩擦基本原理和新的摩擦理论

作者对橡胶摩擦提出了一种新的基本原理和理论,这与以往的理论有很大的不同。总摩擦系数包含3个因素:附着项μs、变形项μ和裂纹形成项μcrac,这将形成如下方程式:μall=μadh+μdef+μcrac≌μadh[1+K2(tanδ/√2+√2Kεc)E^(-7/6W^(1/6)]式中:μ为非交联相的粘度;E为交联橡胶的模量;V为滑移速度;C为裂纹长度;W为正常负荷:K1、K2、Kε均为系数。在橡胶摩擦过程中,作为零的近似值,附着项是最主要的因素,约占总摩擦系数的70%~80%。新理论对速度和正常载荷与橡胶摩擦系数的关系的解释是相当合理的,这与在橡胶与固体界面之间形成半月形密切相关。

断层自发破裂动力过程的有限单元法模拟

断层自发破裂动力过程的研究对于认识地震过程及减轻地震灾害有着重要的科学意义.为合理地模拟断层的自发破裂过程,本文首先对经典的滑移弱化摩擦关系进行了改进,然后利用有限单元方法对破裂过程进行动态数值模拟.模拟结果表明,利用改进后的摩擦关系能够产生脉冲型(pulse-like)破裂模式,而经典的滑移弱化摩擦关系不能产生这种破裂形态.模拟结果还显示,断层自发破裂过程受初始应力场及摩擦关系影响,当初始应力场中剪应力水平较低时,容易产生脉冲型破裂;但当初始剪应力较高时,会产生裂纹型(crack-like)破裂.这个现象与在实验室里进行的岩石破裂实验结果是一致的.在相同的初始应力情况下,若滑移弱化摩擦本构关系中的动摩擦系数较大,断层将易于产生脉冲型破裂;若动摩擦系数较小,将倾向于产生裂纹型破裂.此外,本文也采用速率弱化摩擦关系对断层自发破裂过程进行了模拟,结果发现,在初始场及其他条件不变时,如果摩擦关系中的b-a值较小,容易产生脉冲型破裂;如果b-a值较大,会产生裂纹型破裂.

断层阶区对震源破裂传播过程的控制作用研究

地震破裂能否穿越断层阶区(stepover)引发更大震级的地震是震源动力学研究的重要内容.本文利用不连续变形体接触力学的动态有限单元方法,模拟断层阶区对地震破裂传播的控制作用.通过改变断层周边初始应力场、断层面上的摩擦本构关系以及断层阶区的间距大小来分析各个因素对破裂传播的影响,并定量分析产生这些影响的力学机制.模拟结果表明:断层面上的摩擦系数减小或断层周边区域内的初始剪应力增大,都将增加断层破裂跳跃阶区传播的可能性;此外,若断层阶区间距越小,断层破裂也越容易跳跃阶区传播.计算结果还显示:断层上的摩擦系数大、初始剪应力小、断层阶区间隔大,那么此阶区所在之处将可能是断层破裂的终止位置;相反,当断层面上的摩擦系数较小、初始剪应力较大、断层阶区间隔较小,破裂就容易穿越阶区而出现较大的地震.同时,从模拟结果可以看出,在发震断层破裂停止后,应力将继续向四周传播;当应力积累达到破裂极限时,触发断层阶区中的另一断层产生破裂,因此在破裂跳跃断层阶区的过程中存在一个时间延迟.最后,破裂能否跳跃断层阶区,可以利用库仑应力在空间的分布进行合理的解释.

平移断层的倾角对地震产生的影响

利用边界单元法和滑移弱化摩擦本构关系分析了平移断层上地震的产生。从依赖于速率和状态的摩擦本构关系出发,通过忽略速度的影响得到了滑移弱化摩擦本构关系。建立了两种本构关系之间的联系,使得在两种模型中可以使用共同的参数。通过将地球表面模拟成一个包含在无穷大弹性介质中的无穷大裂纹,已有的边界积分方法可以直接用来分析断层的滑移。由于断层上的摩擦本构关系的非线性,得到的方程也是非线性的,采用牛顿迭代法进行求解。通过数值计算得到了平移断层上滑移位移、速度及摩擦力的分布规律。考察了平移断层的倾角对地震产生的影响,计算结果表明断层的倾角越小,地震产生的位置离地球表面越近且地震产生所需滑移的时间越短。

M_s8.0汶川地震对M_s7.0芦山地震成核失稳的影响Mw

依据速率-状态依赖性摩擦本构关系,并结合中下地壳和上地幔的黏弹性松弛效应,以震后库仑破裂应力变化和同震动态库仑破裂应力变化的计算为基础,模拟了两种应力变化对芦山地震断层的失稳发震时间的影响,研究了2008年Ms8.0汶川地震与2013年Ms7.0芦山地震之间的触发关系.计算得到,汶川地震在芦山地震震源断层面上产生的动态应力变化的峰值为0.127 MPa;此外,经过近5年中下地壳和上地幔的黏弹性松弛效应,芦山地震震源断层面上受到的震后应力变化值为0.025 MPa.结果表明,芦山地震的震源断层在应力积累逐渐接近临界状态的某一特定时期内,受到了汶川地震产生的动态应力变化、静态应力变化以及黏弹性松弛效应造成应力变化的共同触发作用,且动态应力的延迟触发作用可能更为显著.最后对芦山地震之后研究区域的应力变化场进行了初步探讨.

北印度洋半日潮波的数值模拟研究

基于FVCOM(Finite Volume Coast and Ocean Model)模型,建立北印度洋海域(31°~102°E,16°S^31°N)的M2和S2分潮潮波数值模式,研究北印度洋半日潮潮汐、潮流分布特征。对底摩擦系数进行数值试验,利用代价函数梯度下降法,得到分潮调和常数向量均方根偏差(RMSE)的变化曲线,逼近并确定最优的底摩擦系数。将采用该系数的模拟结果与TOPEX/Poseidon卫星高度计交叉点的调和常数数据、国际海道测量组织(IHO)及部分文献中的验潮站数据进行比较与验证,一致性较好。其中对比卫星数据的振幅偏差为2~4 cm、迟角偏差为7°~8°,与验潮站数据的振幅偏差为3~6 cm、迟角偏差为8°~9°。根据模拟结果,分析了北印度洋海域M2和S2分潮潮波传播特征和潮流椭圆的空间分布特征等。M2分潮潮波在阿拉伯海南部有1个无潮点,在波斯湾内有2个无潮点,最大振幅超过80 cm;潮流在西北印度洋和孟加拉湾中部大多为顺时针旋转,其余海域大多为逆时针旋转;流速在阿拉伯海东北部、安达曼海、波斯湾和孟加拉湾北部较大,最大流速为160 cm/s,其他海域较小。S2分潮的潮波传播特征、无潮点的位置和潮流椭圆的空间分布特征等都与M2分潮类似,但潮波振幅和潮流流速等都相对M2分潮较小。研究完善了北印度洋海域2个主要半日分潮M2和S2的整体特征。

鲜水河断裂的几何形态对地震发生的影响

本文整理分析了鲜水河断裂的几何特征以及从1327年有记录以来6级以上历史地震的断层破裂位置和长度。选用速率和状态依赖性摩擦本构关系代表断裂区域物理性质,构建了鲜水河断裂3D物理模型模拟强震周期性。模拟结果与历史地震的发震有较好的一致性,主要表现在:1模拟结果在第二次地震周期之后,明显出现分段现象与鲜水河断裂分段的几何特征较为一致;2断裂北西端结构较为简单,地震发震情况也偏单一,在7级以上地震发震之前有6级以上地震的发生,此类现象与模拟结果一致;3断裂中段结构复杂,不仅存在分段还有轻度弯曲,模拟结果显示中段地震逐渐减小,破裂长度逐步缩短,并且出现级联破裂现象与历史地震较为吻合;43D模拟结果中,地震破裂区域起始与终止位置大都发生在断层转折的区域,特别是在乾宁和康定两处断层出现弯曲的位置,这与鲜水河断裂历史地震发震情况十分相似。

含氮杂环类润滑油添加剂CoMFA-QSTR及CoMSIA-QSTR抗磨损性能模型的构建

依据摩擦学定量构效关系理论(QSTR),采用比较分子力场分析(CoMFA)和比较分子相似性指数分析(CoMSIA)这两种方法研究了含氮杂环类润滑油添加剂的抗磨损性能的摩擦学三维定量构效关系(3D-QSTR),并建立了相应的3D-QSTR模型.结果表明:仅利用静电场构建CoMFA或CoMSIA模型时,模型预测能力最好,r^2,q^2均大于0.5.根据CoMFA或CoMSIA模型等高线图分析得出:分子静电场对含氮杂环类润滑油添加剂的抗磨损性能影响最大,在特定区域的引入带负电荷或带正电荷的基团将有助于抗磨性能的提高.