硅藻壳孔状结构的摩擦学性能研究-摩擦学学报.PDF

第 ３４卷　第５期 摩 擦 学 学 报 Ｖｏｌ３４　Ｎｏ５ ２０１４年９月 Ｔｒｉｂｏｌｏｇｙ Ｓｅｐｔ，２０１４ 硅藻壳孔状结构的摩擦学性能研究 １ １ ２ 孟凡明 ，高贵响 ，王雪丽 （１．重庆大学 机械传动国家重点实验室，重庆　４０００４４； ２．重庆大学 材料科学与工程学院，重庆　４０００４４） 摘　要：鉴于硅藻壳精细的孔状结构和良好的力学性能，选取较为典型的圆筛藻为研究对象，对其摩擦学性能进行 了流固耦合分析（ＦＳＩ）．首先建立了圆筛藻壳壁的三维模型，然后应用计算流体动力学理论分析了圆筛藻壳不同孔 径、孔深、孔距和速度下，其承载力（抵抗水压的能力）、摩擦力和摩擦系数等性能，并将该结构与无孔结构性能对 比．结果表明：相对于无孔壳，硅藻壳的精细孔状结构可以增大其承载力，减小其与水环境间的摩擦．且在选取的尺 寸范围内，随着硅藻壳体孔径或孔深的增大，其承载力增大，摩擦系数减小． 关键词：摩擦学性能；孔状结构；硅藻；ＦＳＩ 中图分类号：ＴＨ１１７．２ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００４－０５９５（２０１４）０５－０５０４－０８ ＴｒｉｂｏｌｏｇｉｃａｌＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｏｆＤｉａｔｏｍＳｈｅｌｌｗｉｔｈＰｏｒｏｕｓＳｔｒｕｃｔｕｒｅ １ １ ２ ＭＥＮＧＦａｎ－ｍｉｎｇ ，ＧＡＯＧｕｉ－ｘｉａｎｇ，ＷＡＮＧＸｕｅ－ｌｉ （１．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００４４，Ｃｈｉｎａ ２．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００４４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｕｅｔｏｔｈｅｅｌａｂｏｒａｔｅｐｏｒｏｕｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｇｏｏｄｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｏｆａｄｉａｔｏｍｓｈｅｌｌ，ｔｈｅｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ Ｃｏｓｃｉｎｏｄｉｓｃｕｓｓｐ．ｗａｓｍｏｄｅｌｅｄａｎｄｉｔｓｔｒｉｂｏｌｏｇｉｃａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｕｓｉｎｇａｌｉｑｕｉｄ－ｓｏｌｉｄｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｄｉａｔｏｍｓｈｅｌｌｗｉｔｈｔｈｅｅｌａｂｏｒａｔｅｐｏｒｏｕｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗａｓｏｂｓｅｒｖｅｄｂｙｕｓｉｎｇｓｃａｎｎｉｎｇｅｌｅｃｔｒｏｎｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ．Ｔｈｅｔｒｉｂｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ（ｌｏａｄ－ｃａｒｒｙｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙｏｒｃａｌｌｅｄｐｒｅｓｓｕｒｅ－ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅａｂｉｌｉｔｙ，ｆｒｉｃｔｉｏｎｆｏｒｃｅａｎｄｆｒｉｃｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）ｏｆｔｈｅ ｄｉａｔｏｍｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｕｓｉｎｇｔｈｅｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｆｌｕｉｄｄｙｎａｍｉｃｓｔｈｅｏｒｙ，ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅｄｉａｔｏｍｓｈｅｌｌｏｆｖａｒｉｏｕｓｐｏｒｅｄｉａｍｅｔｅｒｓ， ｄｅｐｔｈｓａｎｄｓｐａｃｅｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｐｏｒｅｓ．Ｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｐｏｒｏｕｓｓｔｒｕｃｔｕｒｅｆｏｒｔｈｅｄｉａｔｏｍｓｈｅｌｌｉｎｃｒｅａｓｅｄｉｔｓ ｌｏａｄ－ｃａｒｒｙｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｒｅｄｕｃｅｄｆｒｉｃｔｉｏｎａｇａｉｎｓｔａｍｂｉｅｎｔｗａｔｅｒ．Ｗｉｔｈｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｐ