振動摩擦機理及其工程應用的研究.pdf

1、振動摩擦的研究作為振動利用工程的一個分支，已在工業(yè)各部門及人們的日常生活中發(fā)揮愈來愈重要的作用，其它相應學科的發(fā)展又為振動摩擦的研究提供了廣闊的發(fā)展前景。 在工程技術不斷發(fā)展的過程中，人們發(fā)現(xiàn)如果在摩擦過程中加入振動，它的特性就會發(fā)生明顯的變化。許多工程實踐已經(jīng)證明，在振動工況下，物體間的摩擦系數(shù)和摩擦力可以顯著減小，零部件的磨損可明顯減輕，同時其耗能也會隨著降低，工效可以得到大大提高，進而可為企業(yè)和國家創(chuàng)造顯著的經(jīng)濟效益和社會

2、效益。這就出現(xiàn)了振動摩擦理論。振動摩擦大體包括在振動工況下固體物件之間或固體內(nèi)部的相互摩擦；在振動工況下干式松散物料之間的相互摩擦；在振動工況下含有液體的固態(tài)松散物料之間的相互摩擦。目前有關振動摩擦機理方面的研究還很不深入，或者說還沒獲得充分的研究，很多問題亟待進行解決，實踐的應用需要理論的指導，因此有必要系統(tǒng)的研究振動摩擦的機理問題。 本文以聞邦椿院士提出的振動摩擦概念為先導，把振動摩擦的機理作為研究對象，應用摩擦學、力學、非

3、線性振動理論和數(shù)值計算方法等手段，結(jié)合摩擦分析了幾個典型的工程應用問題，首次將振動摩擦統(tǒng)一成一個理論研究，因為振動摩擦機理較深，本文粗略的做了以下幾方面工作： (1)從純力學角度出發(fā)，根據(jù)古典摩擦理論，正確的建立有效摩擦系數(shù)模型，分析不同振動方向?qū)δΣ恋男?，推導出自由振動方向的有效摩擦系?shù)并證明了振動能夠減小物體間的摩擦力，研究了有效摩擦系數(shù)減小率隨著振幅壓力比和有效摩擦系數(shù)的變化規(guī)律。并通過有效摩擦系數(shù)減小率的變化以說明振動

4、參數(shù)對摩擦的影響及控制。推導出摩擦恒定方向的條件，采用分段積分法分析了純振動跳脫情況下的運動狀況，計算出速度變化的基本規(guī)律，證明了純振動跳脫運動是周期性運動，其頻率與振動頻率一致。并且指出純振動跳脫產(chǎn)生兩種不同運動狀況的取決于振幅、有效最大靜摩擦力和滑動摩擦力，而與振動頻率無關。 (2)以散體動力學理論及現(xiàn)代摩擦理論為指導，從振動摩擦機理的角度研究振動壓實機械，從土壤的性質(zhì)和土壤的抗剪強度的方面分析了在振動載荷作用下土壤的變形及

5、內(nèi)摩擦力減小的機理，發(fā)現(xiàn)振動壓實減摩不僅與土壤的性質(zhì)有關，還與振動強度和振動頻率等因素相關，并且存在最優(yōu)的振動強度使土壤在振動壓實過程中的內(nèi)摩擦力最小。建立了振動壓路機壓實過程的非線性力學模型，考慮了土的不對稱滯回現(xiàn)象，計算了土的等效線性化剛度和阻尼系數(shù)，通過非線性振動分別得到了振動壓實過程的共振響應和非共振響應。 (3)根據(jù)物料在振動工作面上的運動理論，分析了物料在振動工作面上的運動速度變化，從而得出振動參數(shù)對于物料運動狀態(tài)的

6、影響。建立考慮物料區(qū)間慣性力及區(qū)間摩擦力影響的振動機的非線性振動方程。在用漸近法求解時，采用了當量阻尼、當量質(zhì)量和當量剛度的概念。這樣在求其近似解時比直接用漸近法求解更加簡便，避免了因質(zhì)量變化而帶來的不便，為在實際中解決這類問題提供了一條簡便與有效的途徑。研究非線性摩擦力對振動機的影響，從而保證正確選擇振動機械的運動學參數(shù)。 (4)闡明了在振動載荷作用下土壤的液化機理和影響土壤液化的主要因素，指出了土壤液化的振動幅值必須大于某一