研究课题
微液滴供油润滑在节能和环境友好方面独具优势，但针对其润滑机理的基础研究尚未系统进行，使进一步的技术发展停滞。微液滴供油润滑涉及多领域的科学问题。本项目计划对摩擦副微间隙中微液滴的铺展及润滑行为进行探索，内容包括：
1. 微液滴供油条件下润滑薄膜测量系统的研制，实现润滑过程的可视化；
2. 观测液滴在微间隙和剪切条件下的粘附、铺展行为,建立液滴卷吸条件下毛细效应的理论模型；
3. 微液滴条件下接触区内非连续润滑膜动态建立过程研究；
4. 微液滴润滑数学建模与数值分析。
本研究将薄膜流动、界面效应与动压效应结合，建立微液滴供油的润滑理论，为其在微机电系统、精密轴承等领域的应用提供新的基础知识。
课题针对弹流油膜润滑中界面滑移粘度楔的作用机理。该粘度楔定义为流变行为或有限界面滑移产生的润滑油等效粘度沿膜厚方向在界面处的迅速减小。研究包括：
1. 基于多光束干涉强度和相位差理论的微纳米油膜厚度及局部细小变形的精确测量技术；
2. 利用该技术对滑移粘度楔作用下微纳米油膜润滑的实验研究，通过零卷吸预跑合和表面改性，构造不同的滑移粘度楔，研究对应的点接触副的薄油膜润滑行为；
3. 零卷吸预跑合改变界面滑移粘度楔的机理的实验研究，所形成的边界膜的微观摩擦学特征的扫描探针显微镜分析；
4. 有限界面滑移模型的建立和相关润滑数值分析。该课题通过滑移粘度楔实现策略和作用机理的研究，为微机械和超精密机械润滑的控制提供一种新手段；
同时，希望对国际润滑界提出的一类反常弹流油膜形状的理论预测进行实验验证，对现有的润滑理论进行检讨和完善。课题的研究成果将具很高的学术价值和相当的工程应用价值。
微细制造技术能够在摩擦表面构筑各种纹理以增强润滑。目前表面纹理的设计多基于工程经验和摩擦力的测量。由于缺乏膜厚的直接测量，对某些润滑机制尚无一致性结论，包括纹理的局部流体动压效应及气穴效应。近年来，研究发现气穴对微尺度下表面纹理中的润滑性能产生了不可忽视的影响，例如Fowell提出的入口吸入机制强调气穴区的作用，认为负压增强了润滑油的卷吸作用。本项目借助润滑油膜的光学测量，对面接触表面纹理润滑中的气穴效应进行研究：
1.利用压电陶瓷促动器实现膜厚的精准定位，对接触区油膜承载力进行测量，验证入口吸入机制；
2.明确表面纹理润滑中影响气穴的几个关键因素；
3.通过比较膜厚测量值与数值计算结果，确定润滑油的弹性体积模量和空化区负压值的合理变化范围；
4.验证JFO理论模型的合理性。
本项目的开展将有助于推动表面纹理润滑机制的深入研究，为精密机械和微系统的润滑设计提供必要的试验依据和理论支持。
随着发动机转速及功率的提高，活塞异形销孔以其均布销孔应力、提高活塞寿命的优点得到了广泛应用。而以椭圆形销孔为代表的异形销孔其加工方法却并不能令人满意。目前椭圆销孔的加工方法需要在镗杆上安装辅助进给机构，存在系统结构复杂、控制困难等问题。本项目利用静压主轴轴心的公转运动与刀具的自转运动合成直接得到椭圆刀尖轨迹，从而实现椭圆销孔加工。研究轴心公转轨迹为坐标轴上线段时，两运动的合成机理以及销孔加工方案。研究新型静压轴承的结构及优化参数，在此基础上研究轴心轨迹的液压控制机理及实现方案。研究伺服阀对轴心轨迹的作用机制。研究润滑油粘度、温度等特性对轴心轨迹的影响。构建系统动力学模型，研究刀尖轨迹的开环和闭环控制理论。研究建模误差或外干扰时控制策略的抗干扰性、响应速度等特性。开展刀尖轨迹的试验控制，以某型号活塞销孔为例进行加工研究。本项目的实现将为新方法在活塞异形销孔加工上的应用奠定理论基础和试验依据。
随着对微器件液体润滑策略的探索和精密部件少油量润滑技术的需求，限量供油润滑正引 起越来越多的关注，提高表面的自集油能力是其中关键问题之一，但相关研究匮乏。为此本课 题针对面接触限量供油润滑，提出构造基于图案润湿的自集油增强功能表面，实现润滑剂的定 向迁移及不同面体比的润滑剂分布，提高限量供油润滑效率。主要研究内容包括：1）润滑轨 道表面润滑油分布的荧光定量测量。2）表面润湿性对面接触限量供油润滑膜厚与摩擦力的影 响。3）针对润滑油条状、微网状和微液滴状分布，研究自集油增强功能表面的设计与制备。4 ）自集油增强功能表面作用下面接触限量供油润滑的实验研究。5）面接触限量供油润滑及表 面自集油效应的理论分析。本项目将初次验证“油膜润滑的自集油增强功能表面调控”概念的 有效性，给出有效润滑条件下供油量与自集油增强功能表面特性参数的定量关系。研究成果为 限量供油润滑提供新的理论知识，也贡献于节能和环保的社会需求。
随界面科学的进步，在微型器件滑动接触的摩擦学设计中，液体膜润滑正在被重新认识。针对此类润滑的控制，包括申请人在内的研究者提出了利用界面滑移产生流体动压效应的设想。通过静止固体表面的张力修饰，润滑剂在润滑面入口侧发生界面滑移，流动阻力减小。这样不需要传统的几何楔就可形成有效润滑，这里称为“滑移台阶效应”。由于实验技术的限制，该理论设想一直未得到实验证实。本项目拟在面接触及微米/亚微米膜厚条件下对此滑移台阶机制进行研究，包括：
1. 滑块－转盘面接触润滑油膜测量系统的研制。
2. 弱亲和性表面及滑移台阶表面的制备。
3. 滑移台阶效应存在的实验证明与参数研究。
4. 基于阶梯滑块轴承的油膜界面滑移的测量及其滑移模型的建立。
5. 基于测得的滑移模型，考虑滑移台阶效应的面接触油膜润滑的数值模拟。
本项目将首次对新的滑移台阶效应进行实验验证，建立的理论对微机电系统和生物医学工程中的润滑设计提供新的研究手段。
滑块面接触是油膜润滑的基本模型之一。但是相关膜厚实验数据十分有 限。本课题成功开发了滑块－盘面接触润滑油膜厚度测量系统。本系统可进行 不同滑块倾角、速度和载荷条件下的的油膜厚度的测量。该测量系统提供了低 副接触条件下润滑油成膜能力的一种新的测试手段。
界面滑移对微纳米尺度下流体动力学行为有重要影响，其相关研究被认为是今后力学发展的新方向之一。在高压条件下滑移产生在固液界面处还是流体内部一直存在争议，申请人所在课题组在实验中成功地观测到带有入口凹陷的弹流油膜，发现当入口凹陷出现时摩擦系数曲线偏离了经典Stribeck曲线，推测归因于界面滑移，但缺少理论分析支持。基于此本项目研究高压条件下界面滑移机理，以等效超低粘度的伪界面滑移模型代替极限剪应力流变模型，借助粘温关系建立界面连续条件，设计有效数值方法求解。结合光干涉技术和冲击封油技术测量界面滑移的发生位置，分析压力、表面能、卷吸速度等对界面滑移的影响。设计摩擦力测量系统，解决轴承转动副对摩擦力测量结果的影响，根据实验观察到的反常摩擦力变化建立新的滑移模型，揭示反常摩擦力产生机理。并对经典Stribeck曲线做补充修正，为工程实际中通过改进润滑方式来减小摩擦力提供参考。
定量润滑已成为高速轴承主要润滑方式。高速下润滑剂的飞散和低附着性导致其在固体表面离散化分布，不利于润滑剂迁移回填，使得轴承等关键零部件的服役性能不佳。本课题针对润滑剂在固体壁面上的离散滴状分布，拟构筑润湿性梯度表面诱导微液滴群迁移回填，以达到润滑剂高效利用与润滑状态调控的目的。
水润滑轴承结构简单、清洁环保，但由于水的粘度极低，轴承易出现磨损和振鸣噪音。为此本项目提出以微油滴作为第二润滑介质的增强型水润滑的概念，在轴承水润滑不良时迅速改善承载力，减小磨损，消除噪音。项目将研究水介质中微油滴的最优供给技术，针对微油滴作为第二润滑介质的水润滑机理进行理论与实验研究, 形成具有完全自主知识产权的新的增强型水润滑轴承的关键技术并研制原型，贡献于海洋高端装备和舰艇安全。
光干涉图像到油膜厚度的重构是测量薄油膜厚度的关键问题之一。传统的双光束干涉原理用于亚微米/纳米量级的油膜厚度或厚度变化的测量存在较大误差，而应用多光束干涉 (MBI)技术可有效的消除这些误差。
随着界面科学的发展，壁面滑移正成为油膜润滑可控设计的一个重要内容。由于缺乏有效的方法，无法进行润滑油膜壁面滑移的直接观测。现有研究通过油膜挤压阻力来间接推断壁面滑移，实验条件与工程实际相差较大。本项目将研究润滑油膜壁面滑移的一种测量新方法，利用冲击封闭油膜的干涉条纹实现其运动的可视化，对高压条件下润滑油膜的壁面滑移进行直接测量。研究内容：
1. 测量原理，重点分析油膜核心与固体表面的相互运动关系，确定油膜壁面滑移的特征参数；
2. 测量系统的设计制造；
3. 实验研究压力、剪切率与表面特性等对油膜壁面滑移的影响，针对摩擦改进剂和相关反常油膜形状，验证对应油膜壁面滑移的理论推测；
4. 建立油膜壁面滑移模型，通过流体润滑力学计算揭示润滑油在接触区的流动特性。
本项目将建立油膜壁面滑移测量的新途径，推动对油膜壁面滑移基础理论的理解，为微型/精密机械系统润滑和牵曳力的壁面滑移控制提供基础数据。
活性屏等离子工艺双重辉光放电机理及其偏压鞘层特性的研究（51307091） 基金简介：活性屏等离子表面改性新技术（ASPN）中有两套直流电源：主放电电源（接在活性屏上）和负偏压电源（接在工件上），形成一种特殊的双重辉光放电模式，研究认为该放电模式是ASPN能够解决传统DCPN技术存在的各种工艺问题的关键，目前国内外对此放电模式的研究报道较少，本项目拟通过对这种特殊辉光放电模式做深入的理论和实验研究，搞清楚在ASPN中不同主辉光放电条件下（电压、气压、离笼子不同的距离等），偏压放电的规律、双重辉光放电之间的相互影响，偏压的“阈值”等，进而分析双层辉光放电的放电机理。研究还认为偏压电源会在工件表面形成一个等离子鞘层，等离子空间中的各种粒子在此鞘层中的碰撞、输运等行为对ASPN至关重要。拟通过建立相应鞘层模型，探究粒子在该鞘层中的动力学行为及输运特性规律，为ASPN提供最佳工艺参数，进而探讨ASPN工艺的机理，对以低温等离子技术为基础的表面改性、合成薄膜、刻蚀等工艺提供重要参考。
目前国产汽车高速行驶性能的提高越来越受到重视。本项目避开驾驶员模型参数不确定性问题，通过把汽车最速操纵问题转化为最优控制，建立最速操纵逆动力学模型，运用直接配置-序列二次规划混合法得到驾驶员对方向盘操纵输入模型；考虑安全性、时间、驾驶员等因素，运用数学建模方法建立最速操纵性能仿真客观评价指标模型，基于实车试验，运用多级模糊综合评判方法对汽车最速操纵性能主观评价，运用回归方法研究其相关性，验证客观评价指标模型合理性，实现以客观评价代替主观评价；运用遗传算法优化反映汽车最速操纵性能的结构参数。成果能为汽车操纵动力学提供新研究思路与方法，为提高国产汽车高速行驶性和安全性提供理论基础，具有重要科学意义；能对赛车驾驶员训练提供理论指导，能应用于高速汽车性能设计，具有良好应用前景。
许多机械零件中的润滑油均工作在高压、高剪切、高温等条件下，其粘度的变化会影响油品宏观的摩擦特性，从而影响机械零件的效率。因此，油品在苛刻工况下的流变特性研究成为工业界和学术界关注的热点问题。本课题理论方面，依据球-杆模型的恢复时间，建立全新的半解析流变模型，该模型的应用不受油品类型和粘度的限制。实验方面，自行设计制造了球-盘接触任意滑滚比下的膜厚和摩擦力测量装置，实现了润滑油品在点接触多种工况下油膜膜厚和摩擦力的同步测量。本课题针对广泛的油品类型，开展油品苛刻工况下流变特性的理论与实验同步研究，拟建立不同类型油品流变参数的变化规律，为机械零件的润滑研究提供数据支持。
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