软材料的接触力学及应用
批准号:
12072226
项目类别:
面上项目
资助金额:
62.0 万元
负责人:
柯燎亮
依托单位:
学科分类:
接触、摩擦与表界面力学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
柯燎亮
中文摘要
本项目的研究将主要集中于软材料的无摩擦和滑动/旋转摩擦接触力学问题。主要内容包括:(1)通过考虑软材料的非线性本构、大变形等因素的影响,建立软材料的接触力学模型;(2)软材料二维无摩擦和滑动摩擦接触的理论分析和数值模拟,考虑几类典型压头的作用、不同接触情况(如软硬接触、软软接触、冷热接触、粗糙接触等)以及“理想接触”和“非理想接触”条件;(3)软材料轴对称无摩擦和旋转摩擦接触的理论分析和数值模拟;(4)进一步开展软材料的纳米压痕实验,验证理论和数值结果的有效性究。主要目的是:系统地研究软材料的接触力学行为,探讨外加载荷、温度、材料模量、摩擦系数、表面粗糙度对接触压力、接触区面积、压痕等的影响规律,为软体机器和器件的安全和可靠性设计提供的理论依据。
英文摘要
This project will study the frictionless and sliding/rotating frictional contact of soft materials. The main contents include: (1) Establish the contact model of soft materials with consideration of the nonlinear constitutive relation, large deformation, etc. (2) Theoretical and numerical analysis of 2D frictionless and sliding frictional contact of soft materials. The effect of some typical punches, different contact types (such as soft/hard contact, soft/soft contact, cool/warm contact and rough contact) and perfect/imperfect contact conditions are taken into account. (3) Theoretical and numerical analysis of axisymmetric frictionless and rotating frictional contact of soft materials. (4) Perform the nano-indentation test of the soft materials, and validate the theoretical and numerical results. The aim of this project is to give a comprehensive study on the contact behavior of soft materials. The effect of the applied load, temperature, material modulus, friction coefficient and roughness on the contact pressure, contact area and indentation will be discussed. The results are important for the safety and reliability design of the soft machines and devices.
本课题研究了橡胶材料在常温及高低温下的压痕行为、橡胶材料干摩擦和湿摩擦环境下的微动磨损行为、具有仿生表面织构的硅橡胶微动磨损行为、纤维增强氟橡胶基复合材料的微动磨损行为、压电薄膜的微动磨损自适应有限元模拟。研究计划要点主要包含如下几个方面:..1.研究了不同温度下橡胶材料在球形或锥型压头作用下的压痕行为。讨论了不同超弹性本构模型的适用性,揭示了温度、加载速率和保持时间对压痕行为的影响规律。结果发现基于单轴压缩的Arruda-Boyce和Neo-Hookean模型更适合求解接触压力。.2.研究了橡胶分别在水、机油、二甲基硅油和掺杂氧化石墨烯的二甲基硅油润滑下的微动磨损行为。讨论了法向力、润滑条件和位移振幅对微动的影响。结果发现在所有润滑剂中,水的减摩效果最差,但COF仍远小于干摩擦。.3.研究了表面具有六边形环状织构的硅橡胶薄膜在球形压头作用下的微动磨损行为。讨论了织构间距、位移幅度、法向力、频率和压头材质对微动磨损行为的影响。结果发现织构可有效减小摩擦力,并且织构间距越小,COF减小的越明显,且磨损率越小。.4.研究了短碳纤维增强的氟橡胶基复合材料的微动磨损行为。讨论了短碳纤维浓度、法向力和位移振幅对微动磨损行为的影响。结果发现,添加适量的纤维可以降低摩擦系数并提高耐磨性。.5.利用可变摩擦系数对PVDF压电薄膜的微动磨损行为进行有限元仿真并进行实验验证。给出了具有一定精度的可预测微动磨损的自适应有限元模型。..本项目的主要研究内容进展顺利,在软材料的接触力学及微动磨损方面取得了一些研究成果,资助期间共发表标注基金号的SCI论文11篇。
粗糙表面多场耦合电接触力学研究及应用
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批准号:12332006
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项目类别:重点项目
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资助金额:239万元
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批准年份:2023
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负责人:柯燎亮
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依托单位:
软材料的接触力学及应用
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批准号:--
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项目类别:--
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资助金额:62万元
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批准年份:2020
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负责人:柯燎亮
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依托单位:
科技战略新形式下固体力学的机遇和挑战研讨会
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批准号:--
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项目类别:专项基金项目
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资助金额:3万元
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批准年份:2019
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负责人:柯燎亮
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依托单位:
国内基金
海外基金