项目名称: 纳观纹理表面往复滑动接触磨损机理研究

项目编号: No.51205313

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2013

项目学科: 机械工程学科

项目作者: 佟瑞庭

作者单位: 西北工业大学

项目金额: 25万元

中文摘要: 纳米器件滑动接触过程中,由于粘附磨损而很快失效,很难应用于工程实际。表面纹理通过降低比表面为降低磨损提供了解决方案。本项目拟建立纳观纹理表面往复滑动接触磨损问题的分子动力学模型,发展体积约束分子动力学方法,实现上述问题快速有效模拟;研究纳米尺度粘着效应与尺度效应作用下的磨损机理,通过数值模拟并辅以试验验证,全面分析往复滑动接触过程中表面纹理凸峰高度、凸峰形状、凸峰间距、纹理取向、纹理密度等参数,以及探针半径、下压深度、滑动速度、滑动方向等对磨损性能的影响规律;通过参数驱动的动画演示,研究磨屑、微裂纹及表面缺陷的产生和演化过程及其对磨损过程的影响。总结影响纳观磨损性能的主导因素,主动设计纹理表面,模拟研究其磨损性能,进而修正设计方案,通过表面纹理"设计-模拟-修正-再模拟-再修正"的循环数值试验研究,给出一套降低磨损的纹理表面设计方案,从而为改善纳米器件的磨损性能,提高使用寿命提供理论指导。

中文关键词: 纳米尺度;纹理表面;往复滑动接触;磨合阶段;

英文摘要: Nanoscale apparatus will be failed soon during the sliding contact process because of adhesive wear, which makes nanoscale apparatus hard to be used in practice widely. Surface texture will help to reduce surface-to-volume ratio, and improve the wear characteristics further. In this project, a molecular dynamics model of nanoscale wear in reciprocating sliding contacts of textured surfaces will be established, and a volume-restricted molecular dynamics(VRMD) simulation method will be developed, which will be used to solve the nanoscale wear problem above effectively. Considering adhesive effects and size effects, the influence of asperity height, asperity shape, asperity spacing, texture orientation and texture density on nanoscale wear will be analyzed. The effects of tip radius, indentation depth, sliding speed and sliding direction on nanoscale wear will be also investigated. Furthermore, according to the simulation data, a video of the reciprocating sliding contact processes will be made to show the occurrence and the development of wear debris, microcracks and surface defects online. Summarizing the results above, one can determine the main factors which affect the characteristics of nanoscale wear, and list the order of the parameters of textured surface which will be designed to reduce wear. Then, texture

英文关键词: Nanoscale;Textured surfaces;Reciprocating sliding contacts;Running-in stage;

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