潤濕接觸線的移動機(jī)制及輪胎--路面抗?jié)窕匦匝芯?pdf

1、潤濕是固體表面上一種流體取代另一種與之不相混溶的流體的動態(tài)過程，常見的潤濕現(xiàn)象是固體表面上的氣體被液體取代的過程，因此潤濕性是固體表面的重要特征之一，直接影響著接觸界面上流體的鋪展與相變特性。表面潤濕性存在領(lǐng)域廣泛，如濕滑路面車輛行駛、擋風(fēng)玻璃雨刮器設(shè)計(jì)、橡膠密封性能等。由于傳統(tǒng)的潤濕性理論大多集中在接觸角模型等領(lǐng)域，這些模型在描述流體的動態(tài)鋪展特性方面具有一定的局限性，因此很難利用這些參數(shù)去研究表面潤濕性對界面摩擦特性的影響，進(jìn)而解釋

2、濕滑路面上汽車的打滑機(jī)理。鑒于潤濕接觸線的移動機(jī)制對描述流體在固體表面上的鋪展行為有天然的理論優(yōu)勢，尤其在微觀尺度條件下，固體表面粗糙度在接觸線移動過程中的力學(xué)作用機(jī)理，對設(shè)計(jì)固體表面微觀形貌來控制界面流體的鋪展與潤濕特性，進(jìn)而改善接觸界面的摩擦學(xué)特性有著重要的理論參考價(jià)值。因此本文從潤濕接觸線的物理和力學(xué)機(jī)理入手，對表面潤濕性以及接觸線的移動機(jī)制進(jìn)行研究，同時(shí)以此為基礎(chǔ)，探索輪胎-路面間抗?jié)窕阅軝C(jī)理，不僅具有重要的理論意義，而且對提

3、高濕滑路面汽車行駛安全性的輪胎與路面設(shè)計(jì)具有重要的實(shí)際工程價(jià)值。
　　首先基于潤滑近似理論和二維Navier-Stokes方程，推導(dǎo)液滴平壁鋪展過程中考慮彎曲液面曲率的膜厚演化方程，研究液滴鋪展過程中的能量、速度以及接觸線的變化情況。數(shù)值結(jié)果表明:液滴平壁鋪展過程可分為擴(kuò)展和收縮兩個(gè)階段，鋪展過程伴隨著液滴表面能、動能以及各種能量的相互轉(zhuǎn)化;液滴鋪展過程中的“坍塌效應(yīng)”與彎曲液面處的Laplace壓力差有關(guān)，接觸線的最終鋪展半徑由

4、固體基面固有的潤濕特性所決定。
　　其次，利用數(shù)值仿真和潤濕性實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，從濕滑表面移動接觸線的物理和力學(xué)機(jī)理，定量描述以及在接觸界面中的作用等角度入手，對微織構(gòu)表面上流體的潤濕和鋪展行為進(jìn)行了量化研究。研究結(jié)果表明:液滴內(nèi)部的Laplace壓力是促進(jìn)液滴鋪展的主要驅(qū)動力，液滴在微織構(gòu)和光滑表面上分別滿足R～t1/4和R～t1/7的鋪展標(biāo)定律;Laplace壓力和液滴自身重力與固-液界面的黏性阻力之間的平衡關(guān)系，是接觸角滯后

5、效應(yīng)的主要力學(xué)機(jī)制;接觸角滯后與固體表面形貌密切相關(guān)，具有相同表面粗糙度的固體表面，由于表面形貌不同接觸角滯后可能存在明顯的差異。
　　最后，利用自主研制的線性往復(fù)摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)和粘彈性體摩擦試驗(yàn)機(jī)分別對橡膠滑動接觸界面以及真實(shí)輪胎-路面的摩擦學(xué)特性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)性研究。研究結(jié)果表明:對于濕滑狀態(tài)下的橡膠滑動界面來說，固-液接觸角越大，穩(wěn)態(tài)滑動摩擦系數(shù)越大;路面積水對輪胎的制動摩擦系數(shù)以及制動效果有著非常明顯的影響，當(dāng)路面水膜厚度處于