基于Reynolds空化边界的表面织构最优形状研究开题报告

全文总字数：6272字

1. 研究目的与意义

两相互接触产生相对运动的摩擦表面之间的摩擦将产生组织机件运动的摩擦阻力，引起机械能量的消耗并转化而放出热量，使机械产生磨损。

而据估计，世界上的能源消耗中约有1/3～1/2是由于摩擦和磨损造成的，一般机械设备中约有80%的零件因磨损而失效报废。

不仅如此，随着纳米科技的飞速发展，磁记录存储系统、微/纳机电系统及航空航天工程等多个领域对宏/微观尺度下摩擦副表面的润滑、防护和抗磨减摩等性能提出了更严峻的要求。

2. 国内外研究现状分析

刘一静等利用微细电解加工技术在真实的活塞裙部表面制作了几种直径和深度不同的微米级表面织构，模拟发动机的运动状态考察了表面织构对发动机活塞/缸套之间的摩擦特性的影响。

结果表明:表面织构表现出很好的减摩效果，也起到了较为明显的减磨作用；胡天昌等采用声光调的固体nd:yag激光器在45#钢表面进行了织构化处理，并采用栓－盘摩擦试验机评价了织构对其摩擦性能的影响。

研究表明:经过激光处理的45#钢表面形成了较为规整的微坑型织构，在相同试验条件下与未织构化表面对比，其摩擦系数均有不同程度的减小且更为稳定，磨损率也得到一定程度的降低，这是由于制备的表面微坑起到了捕获磨屑的作用从而减小了磨粒磨损；对不同织构密度及织构尺寸样品摩擦性能的考察结果表明较大的织构密度及孔径更有利于提高表面减摩抗磨性能；刘东雷等采用皮秒激光在铸铁表面实现了微织构化，考察了光滑、凹坑、网纹和断纹 4种不同表面的摩擦磨损性能。

3. 研究的基本内容与计划

1.查阅资料，完成开题报告。

（2周）2.完成翻译，并熟悉熟悉reynolds方程及其数值求解方法、最优化设计理论和方法及其matlab工具箱。

（2周）3.对国内外的研究现状进行系统全面的阐述，指出国内的不足以及要改进的地方。

4. 研究创新点

通过结合优化设计理论和流体润滑理论，数值模拟探讨reynolds空化边界条件下织构单元的最优形状。

目前织构化表面能提高摩擦副的摩擦性能已经被国内外学者作了大量研究，并且被接受。

然而织构的参数受到很多条件和环境的影响，如果合理利用matlab优化工具箱以及正确运用适合条件，结合reynolds方程来求解，再合理的对单织构单元进行数值模拟研究，通过获取不同载荷、速度、边界条件下的织构的形状，就能获得最佳织构方案。