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振动载荷下类金刚石摩擦学行为的分子动力学研究

摘 要:机械系统在复杂多变的工作过程中会产生不可避免的振动，而振动条件下机构接触界面演变及其微观摩擦机制仍不清晰。本文以表面涂层类金刚石(DLC)为摩擦副材料，水为润滑剂，分子动力学为方法对振动载荷条件下DLC摩擦学行为进行理论研究。研究发现，当法向载荷以简谐振动的形式变化时，随着振动周期的减小，摩擦磨合期缩短。在这一阶段内，水分子在摩擦界面与加载方向的运动与常载荷(1GPa)下基本相同，而振动形式的法向载荷在数值上的变化，增大了接触界面的相互作用，并加剧了界面的磨损，导致摩擦磨合期缩短。随着摩擦界面的融合，摩擦力逐渐稳定，观察到振动形式下其变化可分为两个阶段：第一阶段内摩擦力围绕一固定值小幅度、无规律波动，此时摩擦界面基本融合，但当上层DLC滑动时，体系发生明显的阶梯式变形，并在某一界面处发生剪切，因此该阶段内摩擦力在数值上无明显改变；第二阶段内摩擦力呈大幅度、规律性波动，此时下层DLC呈现明显的“往复式”运动，且变形量较第一阶段增大，这使得该阶段内摩擦力呈大幅度波动。由于体系整体结构的稳定，这种“往复式”运动呈现出明显的规律性，故摩擦力的变化周期与法向载荷的振动周期无关，归结于体系结构的影响。