振動(dòng)摩擦機(jī)理及其工程應(yīng)用的研究.pdf

1、振動(dòng)摩擦的研究作為振動(dòng)利用工程的一個(gè)分支，已在工業(yè)各部門(mén)及人們的日常生活中發(fā)揮愈來(lái)愈重要的作用，其它相應(yīng)學(xué)科的發(fā)展又為振動(dòng)摩擦的研究提供了廣闊的發(fā)展前景。 在工程技術(shù)不斷發(fā)展的過(guò)程中，人們發(fā)現(xiàn)如果在摩擦過(guò)程中加入振動(dòng)，它的特性就會(huì)發(fā)生明顯的變化。許多工程實(shí)踐已經(jīng)證明，在振動(dòng)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(shí)其耗能也會(huì)隨著降低，工效可以得到大大提高，進(jìn)而可為企業(yè)和國(guó)家創(chuàng)造顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)

2、效益。這就出現(xiàn)了振動(dòng)摩擦理論。振動(dòng)摩擦大體包括在振動(dòng)工況下固體物件之間或固體內(nèi)部的相互摩擦；在振動(dòng)工況下干式松散物料之間的相互摩擦；在振動(dòng)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(guān)振動(dòng)摩擦機(jī)理方面的研究還很不深入，或者說(shuō)還沒(méi)獲得充分的研究，很多問(wèn)題亟待進(jìn)行解決，實(shí)踐的應(yīng)用需要理論的指導(dǎo)，因此有必要系統(tǒng)的研究振動(dòng)摩擦的機(jī)理問(wèn)題。 本文以聞邦椿院士提出的振動(dòng)摩擦概念為先導(dǎo)，把振動(dòng)摩擦的機(jī)理作為研究對(duì)象，應(yīng)用摩擦學(xué)、力學(xué)、非

3、線性振動(dòng)理論和數(shù)值計(jì)算方法等手段，結(jié)合摩擦分析了幾個(gè)典型的工程應(yīng)用問(wèn)題，首次將振動(dòng)摩擦統(tǒng)一成一個(gè)理論研究，因?yàn)檎駝?dòng)摩擦機(jī)理較深，本文粗略的做了以下幾方面工作： (1)從純力學(xué)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(dòng)方向?qū)δΣ恋男?yīng)，推導(dǎo)出自由振動(dòng)方向的有效摩擦系數(shù)并證明了振動(dòng)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(guò)有效摩擦系數(shù)減小率的變化以說(shuō)明振動(dòng)

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

5、內(nèi)摩擦力減小的機(jī)理，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)壓實(shí)減摩不僅與土壤的性質(zhì)有關(guān)，還與振動(dòng)強(qiáng)度和振動(dòng)頻率等因素相關(guān)，并且存在最優(yōu)的振動(dòng)強(qiáng)度使土壤在振動(dòng)壓實(shí)過(guò)程中的內(nèi)摩擦力最小。建立了振動(dòng)壓路機(jī)壓實(shí)過(guò)程的非線性力學(xué)模型，考慮了土的不對(duì)稱(chēng)滯回現(xiàn)象，計(jì)算了土的等效線性化剛度和阻尼系數(shù)，通過(guò)非線性振動(dòng)分別得到了振動(dòng)壓實(shí)過(guò)程的共振響應(yīng)和非共振響應(yīng)。 (3)根據(jù)物料在振動(dòng)工作面上的運(yùn)動(dòng)理論，分析了物料在振動(dòng)工作面上的運(yùn)動(dòng)速度變化，從而得出振動(dòng)參數(shù)對(duì)于物料運(yùn)動(dòng)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(dòng)機(jī)的非線性振動(dòng)方程。在用漸近法求解時(shí)，采用了當(dāng)量阻尼、當(dāng)量質(zhì)量和當(dāng)量剛度的概念。這樣在求其近似解時(shí)比直接用漸近法求解更加簡(jiǎn)便，避免了因質(zhì)量變化而帶來(lái)的不便，為在實(shí)際中解決這類(lèi)問(wèn)題提供了一條簡(jiǎn)便與有效的途徑。研究非線性摩擦力對(duì)振動(dòng)機(jī)的影響，從而保證正確選擇振動(dòng)機(jī)械的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)。 (4)闡明了在振動(dòng)載荷作用下土壤的液化機(jī)理和影響土壤液化的主要因素，指出了土壤液化的振動(dòng)幅值必須大于某一