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随着MEMS技术和纳米技术的迅猛发展,人们对纳米定位精度的要求越来越高。许多研究发现表明:表面纹理能够有效地提高摩擦学性能。然而至今人们没能建立起纳米尺度下的表面纹理的纳米定位精度评价方法,因此迫切需要开展精确的纳米表面纹理对接触式纳米定位精度的影响的研究。从而促进摩擦学和表面工程学交叉学科的发展具有重要的科学意义和应用价值。基于此,本文主要研究表面纹理的纳米定位精度研究。
利用设计的试验装置,测量不同纹理下滑块/基体干摩擦载荷曲线,表明在相同情况下,基体表面纹理峰值越高,表面纹理越尖锐,滑块的摩擦系数越大。测试了在不同工况(载荷、速度、纹理)下,载荷、滑动速度、表面纹理等越大,滑块摩擦变形量越大,定位精度越低。载荷对定位精度的影响大于滑动速度和表面纹理对定位精度的影响。
通过有限元分析得到微米级滑块/基体定位精度的拟合公式。滑块/纹理表面基体滑动接触,在滑块接触表面,产生的温度分布在滑块内部呈梯度特征,离接触界面越近,滑动时间越长,温度越高。产生的应力分布呈现波形特征。表面纹理δ/λ对滑块应力最大值(σx)max的影响明显大于其对温度最大值Tmax的影响。随着表面纹理δ/λ不断增大,表面纹理对定位精度Ex的影响作用相对光滑表面的影响变小。载荷对滑块应力最大值(σx)max的影响大于其对温度最大值Tmax的影响,而滑动速度对滑块温度最大值Tmax的影响大于其对应力最大值(σx)max的影响。载荷对定位精度Ex的影响远远高于滑动速度和纹理对其的影响。
利用分子动力学模拟,结果发现:矩形表面纹理滑动接触,未发现明显位错现象,表明产生的摩擦变形在弹性范围内。滑块原子的相对位置不再成规则排列。定位精度随着载荷增大而增大,随着滑动速度增大而减小,随着表面纹理峰值的不断增大呈现波浪形变化。表明纹理对定位精度的影响需要根据纹理表面的材料和波峰与波长之比(δ/λ)才能判断。根据表面纹理的定位精度状态图得知,在微观和纳观尺度,表面纹理对定位精度的影响表现出不同的内禀特征。
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Basic Info :
Degree: 工学硕士
Mentor: 刁东风
Year: 2010
Language: Chinese
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