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本書的基本內容分7章,主要包括國內外研究狀況及將來主要發展方嚮,錶麵能、吸附與粘附以及摩擦磨損過程中錶麵特性的變化,固體錶麵受載接觸過程與特性(包括力學性能、物理化學性能、接觸麵積、錶麵形貌等),古典摩擦定律、摩擦理論、非金屬摩擦、滾動摩擦以及納米摩擦學、環境摩擦學;粘著磨損、磨料磨損、錶麵疲勞磨損、腐蝕磨損等磨損機理,流體動力潤滑、彈性流體潤滑、邊界潤滑原理及其特性、納米技術在潤滑和潤滑材料方麵的應用,耐磨減摩材料(包括納米材料)以及錶麵工程技術在摩擦磨損中的應用,摩擦磨損試驗和測試分析技術。 本書注重摩擦學的係統依賴性、時間依賴性和多學科、跨學科特性以及理論與實際的有機結閤,充分體現錶麵工程技術在解決摩擦磨損問題時所起到的作用,並將納米摩擦學、環境摩擦學的理念引入傳統摩擦學,注入新內涵。
內容簡介
《摩擦學原理》的基本內容分7章,主要包括國內外研究狀況及將來主要發展方嚮;錶麵能、吸附與粘附以及摩擦磨損過程中錶麵特性的變化;固體錶麵受載接觸過程與特性;古典摩擦定律、摩擦理論、非金屬摩擦、滾動摩擦以及納米摩擦學、環境摩擦學;粘著磨損、磨料磨損、錶麵疲勞磨損、腐蝕磨損等磨損機理;流體動力潤滑、彈流潤滑、邊界潤滑原理及其特性、納米技術在潤滑和潤滑材料方麵的應用;耐磨減摩材料以及錶麵工程技術在摩擦磨損中的應用;摩擦磨損試驗和測試分析技術。《摩擦學原理》可作為高等學校摩擦學課程的研究生教學用書和相關專業師生的教學和科研參考用書,也可供從事摩擦學研究的工程技術人員參考。摩擦學是一門多學科交叉的邊緣學科,與載運工具運用工程學科密切相關。《摩擦學原理》是機械工程學科研究生教學用書之一,在內容上注重體現錶麵工程技術在解決摩擦磨損問題的作用,並將納米摩擦學、環境摩擦學的理念引入傳統摩擦學。
內頁插圖
目錄
0 緒論
1 固體的錶麵特性
1.1 錶麵形貌
1.1.1 錶麵形貌
1.1.2 錶麵參數
1.1.3 錶麵形貌的測量方法
1.2 潔淨的固體錶麵
1.2.1 金屬的晶體結構
1.2.2 潔淨的金屬錶麵
1.2.3 錶麵晶體缺陷及其分布對錶麵性能的影響
1.3 錶麵張力與錶麵能
1.3.1 錶麵張力
1.3.2 錶麵能
1.3.3 影響錶麵能的主要因素
1.3.4 錶麵現象熱力學
1.4 加工硬化層和錶麵殘餘應力
1.4.1 加工冷作硬化層
1.4.2 錶麵殘餘應力
1.5 吸附與粘附
1.5.1 物理吸附膜
1.5.2 化學吸附膜
1.5.3 化學反應膜
1.5.4 氧化膜
1.5.5 浸潤
1.5.6 粘附
1.6 金屬錶麵的實際結構
2 固體錶麵的接觸
2.1 概述
2.1.1 固體錶麵接觸過程
2.1.2 接觸麵積
2.1.3 接觸模型
2.2 彈性接觸
2.2.1 靜載荷下的彈性接觸
2.2.2 動載荷(摩擦載荷)下的彈性接觸
2.2.3 理想粗糙錶麵的接觸
2.3 塑性接觸
2.4 變形種類的判據——塑性指數
3 金屬的摩擦
3.1 摩擦的概念與分類
3.2 對古典摩擦定律的評述
3.3 摩擦理論
3.3.1 機械理論(凹凸說)
3.3.2 分子理論(分子說)
3.3.3 分子—機械理論
3.3.4 粘著理論
3.3.5 其他摩擦理論
3.3.6 摩擦振動(粘—滑運動)
3.4 非金屬材料的摩擦
3.4.1 彈性體摩擦的一般機理
3.4.2 塑料(聚閤物)的摩擦
3.4.3 橡膠的摩擦
3.4.4 金剛石的摩擦
3.5 摩擦時金屬錶麵特性的變化
3.5.1 由摩擦引起的錶麵幾何形狀的變化
3.5.2 由摩擦引起的錶麵結構的變化
3.5.3 由摩擦引起的錶麵成分的變化
3.5.4 摩擦中錶麵膜的變化
3.6 滾動摩擦
3.6.1 彈性範圍內滾動
3.6.2 塑性範圍內滾動
3.7 影響摩擦係數的主要因素
3.8 特殊工況條件下的摩擦
4 磨損原理
4.1 概述
4.2 粘著磨損
4.2.1 粘著磨損理論(鮑登-泰勃的粘著磨損理論)
4.2.2 其他粘著磨損理論
4.3 磨料磨損
4.3.1 磨料磨損及其機理
4.3.2 磨料磨損簡化的定量關係式
4.3.3 影響磨料磨損的主要因素和減小磨損的途徑
4.4 疲勞磨損
4.4.1 最大切應力理論
4.4.2 油楔理論
4.4.3 微觀點蝕磨損理論
4.4.4 剝層磨損理論
4.4.5 影響疲勞磨損的主要因素
4.5 腐蝕磨損
4.5.1 氧化磨損
4.5.2 特殊介質腐蝕磨損
4.6 氣蝕
4.7 微動磨損
5 潤滑
5.1 潤滑原理
5.1.1 潤滑的作用和分類
5.1.2 潤滑狀態的轉化
5.1.3 流體動力潤滑
5.1.4 彈性流體動力潤滑
5.1.5 流體靜力潤滑
5.1.6 邊界潤滑
5.2 潤滑材料及其應用
5.2.1 潤滑劑的分類
5.2.2 潤滑油的主要性能
5.2.3 潤滑油的添加劑
5.2.4 閤成潤滑油
5.2.5 潤滑脂
5.2.6 固體潤滑劑
5.3 納米材料在潤滑中的應用
5.3.1 納米材料及其特性
5.3.2 納米材料在潤滑中的應用
6 耐磨減摩材料及錶麵處理
6.1 金屬耐磨材料
6.1.1 材料的耐磨性及其評定指標
6.1.2 對金屬耐磨性材料的一般要求
6.1.3 耐磨鋼
6.1.4 耐磨鑄鐵
6.2 滑動軸承閤金
6.2.1 對軸承閤金的要求
6.2.2 滑動軸承閤金
6.3 聚閤材料
6.3.1 聚閤材料簡介
6.3.2 摩擦副中常用的聚閤物
6.3.3 以聚閤物為基的復颱材料
6.3.4 應用
6.4 錶麵處理技術
6.5 納米錶麵技術
7 摩擦磨損試驗和測試分析技術
7.1 摩擦磨損試驗的分類
7.1.1 使用試驗
7.1.2 實驗室試驗
7.2 磨損試驗的模擬問題和試驗參數的選擇
7.3 摩擦、磨損、潤滑試驗機
7.3.1 試驗機的種類
7.3.2 常用的摩擦磨損試驗機
7.4 摩擦磨損試驗中的測試
7.4.1 摩擦溫度的測量
7.4.2 摩擦係數的測量
7.4.3 磨損量的測量
7.5 摩擦錶麵的近代微觀分析法
7.6 磨損微粒的分析技術
7.6.1 光譜分析法
7.6.2 鐵譜分析法
參考文獻
精彩書摘
1.摩擦學定義
摩擦普遍存在於人類的生産和生活中(包括人體內),凡有運動的地方就有摩擦産生,摩擦必然伴隨著摩擦麵的磨損,它是具有重大影響和作用的一種自然現象。
摩擦學(tribolgy)是關於作相對運動的相互作用錶麵的科學技術,包括摩擦、潤滑、磨損和衝蝕。它涉及多種學科領域,如物理、化學、工程力學、冶金學、機械工程、材料科學、石油化工等。
2.摩擦學研究內容
摩擦學研究的內容很廣泛,主要包括摩擦、磨損、潤滑以及錶麵工程技術。
(1)摩擦
摩擦是抵抗兩物體接觸錶麵在外力作用下發生切嚮相對運動的現象。物體錶麵的相對運動、相互接觸、相互作用所發生的各種變化特性,將取決於配對材料的種類及其機械性質、錶麵的微觀幾何尺寸(錶麵粗糙度及加工痕跡)、摩擦錶麵相對運動的工作條件(滑動速度、壓力、溫度、潤滑狀況、環境及周圍介質的作用)、錶麵膜的生成和作用等因素。凡是影響物體接觸幾何形狀和性質的因素都會影響它們的摩擦學特性,因此需要對材料的錶麵結構和實際接觸部分的物理特性和有關影響因素進行研究。
(2)磨損
磨損著重研究與分析材料和機件在不同工況下的磨損機理、發生規律和磨損特性。對於磨損機理看法很多,其中對磨料磨損、粘著磨損機理的認識比較一緻;對於微動磨損、浸蝕磨損、腐蝕磨損、錶麵疲勞磨損的機理目前仍存在不同的看法。有關磨損機理、磨損規律和磨損失效的研究有待進一步深入。對磨損的研究使我們有可能進行閤理的機械設計,閤理地選擇摩擦副材料及錶麵處理工藝,節約材料和能源,保證機器及其零部件有足夠的使用壽命,且便於製造、維修和管理。
(3)潤滑
潤滑研究內容包括流體動力潤滑、靜力潤滑、邊界潤滑、彈性流體動力潤滑等在內的各種潤滑理論及其在實踐中的應用。近年來流體和彈性流體動力潤滑的研究成果解決瞭機器中許多重要零部件(如齒輪、軸承、凸輪等)的設計問題,如潤滑劑性質和作用的研究,尤其是納米潤滑劑的研究也有長足的發展,這對於改善潤滑狀況、減少摩擦、防止磨損和保證機器的正常運轉有著重要的作用。
(4)錶麵工程技術
將錶麵工程技術與摩擦學有機結閤起來,解決機器零部件的減摩、耐磨,延長使用壽命的問題,是摩擦學在工程應用的一個重要方麵。
隨著科學技術的發展,摩擦學的理論和應用必將由宏觀進入微觀,由靜態進入動態,由定性進入定量,成為係統綜閤研究的領域。
前言/序言
隨著中國高等教育持續發展,研究生教育發生瞭很大變化,我國已經迅速跨入瞭世界研究生教育大國的行列。為瞭滿足研究生教育的需求,高等教育齣版社組織瞭若乾套叢書作為研究生教學參考用書。其中機械工程學科研究生教學用書是在對全國機械工程學科研究生教育及其教學用書進行全麵調研的基礎上,由“機械工程學科研究生教學資源建設委員會”組織編寫的。組織、編寫、齣版這套研究生教學用書是一件既有教學價值,又有學術價值的工作。
培養研究生應當特彆重視能力的培養。所謂能力,包括自我充實的能力,即獨立從一個領域進入另一個領域的能力,以及解決問題的能力。知識是一個動態的集閤:昨天的新知識,今天就可能變成一般的知識,明天也許就要變為需要加以更新的知識。競爭迫使人們不斷更新自己的知識和進入新的領域。任何人都不可能將他一生中解決問題需要用到的知識都在學校裏裝進大腦,也不可能年輕時學瞭的就可以用一輩子。因此,如何培養自我充實能力是非常重要的教育課題,特彆是在研究生培養階段。
自我充實主要有三個途徑:瀏覽、讀書和實踐。在信息技術高度發展的時代,為一個名詞搜集幾萬條信息,往往隻是幾秒鍾的事。因此,需要將瀏覽和讀書作為兩個不同的學習方法區分開來。瀏覽是遍曆廣泛的信息而可以不甚瞭瞭,讀書則不同,讀書是為瞭對所描述的領域進行深入的瞭解。要瞭解一個領域,並且想進入這個領域,最好的辦法就是先找一本這個領域的經典著作,老老實實地讀完。不僅要掌握書中闡述的基本概念,還要弄懂書中介紹的基本理論,學好書中采用的基本方法。如果有計算公式,那麼最好一個一個地推導,如果有作業,最好一個一個做一遍。讀完以後,再依照書和藉助其他工具的引導,去瀏覽可能得到的信:息以豐富自己。此時,對於得到的信息,不僅要能夠辨彆信息的可信程度,而且要估計它的重要性並判斷是否需要花時間和需要花多少時間去進一步瞭解。這樣就完成瞭從不瞭解到進入一個領域的第一步。一本好書,還應當起到幫助初學者掌握正確的學習方法,和以嚴謹、科學的治學態度潛移默化地感染讀者的作用。
進入一個領域的第二步,也是不可缺少的一步,就是實踐。一個人,不論他讀瞭多少書,如果沒有親自做過,他就不可能真正領會很多理論和方法的精髓。當他要用讀到的知識去解決問題時,就會覺得沒有把握。另外,任何書都不可能完美無缺,經過實踐,不僅能夠更深入地理解書中正確的方麵,更可以發現書中論點和方法的不足之處。讀書不是為瞭做書呆子,而是為瞭在前人成功的基礎上找到自己前進的方嚮。
從上麵的分析可以看到,一本經典著作,對於引領一個人進入一個領域,是多麼的重要。可惜現在這樣的好書太少瞭,按照這種要求來寫的書太少瞭。另外,能夠這樣讀書的人也太少瞭。很多人往往滿足於在網絡上瀏覽,或者用對待查手冊的態度對待讀書。讀得也不少,但是越讀越理不齣頭緒。另一方麵,沒有好書可讀也是事實。讀文獻不等於讀書,一篇文獻講的往往是很局部的問題,不可能從一條縫隙中看到一片天;綜述文獻又太概括,對於還不熟悉這個領域的人,很難從中瞭解問題的本質。
《流體力學基礎與應用》 這本書深入淺齣地闡述瞭流體力學的基本原理,旨在為讀者構建紮實的理論框架,並引導他們掌握解決實際工程問題的能力。全書共分為十五章,內容覆蓋瞭流體靜力學、流體動力學、粘性流體運動、邊界層理論、相似性原理、可壓縮流體以及一些重要的工程應用。 第一部分:流體的基本性質與靜力學 第一章:流體的基本概念 本書開篇即對流體的定義、連續介質假設進行瞭詳細介紹,並探討瞭流體的基本物理性質,如密度、比重、粘度、錶麵張力、壓縮性等。通過對這些性質的深入理解,為後續的學習奠定基礎。書中列舉瞭大量日常生活和工業生産中流體性質的實例,幫助讀者建立直觀認識。 第二章:流體靜力學 本章重點講解瞭靜止流體中的壓力分布規律,包括靜壓強、壓強梯度、重力影響等。核心內容涵蓋瞭壓強隨深度的變化、絕對壓強與錶壓強的關係、以及流體平衡的條件。內容深入到浮力、阿基米德原理及其在浮體穩定性和浮標設計中的應用。此外,還介紹瞭測量流體壓強的方法和常用儀器,如U形管壓差計、皮托管等。 第二部分:流體動力學基礎 第三章:流體微團運動與描述方法 本章引入瞭描述流體運動的兩種基本方法:拉格朗日方法(隨體追蹤)和歐拉方法(空間網格)。重點講解瞭速度場、加速度場、渦度、散度等概念,並闡述瞭流體微團運動的軌跡綫、流綫、跡綫之間的關係。這部分內容為理解後續復雜的流體現象提供瞭重要的數學工具。 第四章:流體動力學基本方程(一)——連續性方程與能量方程 本章推導並講解瞭流體運動最基本的方程之一——連續性方程,它體現瞭質量守恒原理。接著,詳細闡述瞭伯努利方程(理想流體)及其在不同形式下的錶達,並著重分析瞭其實際應用,如文丘裏管流量測量、飛機翼型升力産生等。本書在介紹伯努利方程時,充分考慮瞭其適用條件和局限性。 第五章:流體動力學基本方程(二)——動量方程 本章深入探討瞭流體動量方程,它基於牛頓第二定律,描述瞭流體動量的變化率與作用在流體上的力之間的關係。本書詳細推導瞭歐拉方程和納維-斯托剋斯方程(考慮粘性)。盡管納維-斯托剋斯方程極其復雜,本書側重於其概念的理解和在簡單流動情況下的應用,並解釋瞭其在動量守恒方麵的意義。 第三部分:粘性流體流動分析 第六章:粘性流體流動 本章將視綫從理想流體轉嚮實際存在的粘性流體。詳細介紹瞭粘性對流體運動的影響,粘性力的概念,以及粘性力的作用形式。重點闡述瞭牛頓粘性流體和非牛頓粘性流體的區彆,並對粘性係數這一關鍵參數進行瞭深入分析。 第七章:管道中的粘性流 本章聚焦於粘性流體在管道中的流動現象。引入瞭層流和紊流的概念,並給齣瞭判彆準則——雷諾數。詳細分析瞭層流和紊流的流動特性、速度分布規律,以及與之相關的能量損失(沿程水頭損失和局部水頭損失)。書中提供瞭計算管道水頭損失的各種經驗公式,並結閤實際工程案例進行講解。 第八章:邊界層理論 本章是粘性流體研究的一個重要裏程碑。詳細介紹瞭邊界層的概念,即由於粘性作用,流體在固體壁麵附近形成的薄層。分析瞭邊界層的形成、發展、分離等現象,以及其對流體阻力和升力的影響。本書還涉及瞭層流邊界層和紊流邊界層的區分,以及它們各自的特點。 第四部分:相似性原理與可壓縮流體 第九章:相似性原理與量綱分析 本章介紹瞭流體力學研究中強大的工具——相似性原理和量綱分析。通過量綱分析,可以減少實驗變量的數量,找齣影響流體問題的關鍵無量綱參數(如雷諾數、馬赫數、弗勞德數等),並建立模型實驗與實際原型之間的關係。本書講解瞭π定理,並給齣瞭一係列實際應用案例。 第十章:可壓縮流體基本概念 本章開始探討可壓縮流體的流動。介紹瞭聲速、馬赫數以及可壓縮流體的熱力學性質。重點講解瞭等熵流動,並推導瞭相關方程,如絕熱過程中的速度、壓力、溫度、密度關係。 第十一章:可壓縮流體在管道中的定常絕熱流動 本章專注於可壓縮流體在管道中的定常絕熱流動。分析瞭不同馬赫數下流動的特點,如收縮噴管和擴張噴管中的流動。重點講解瞭臨界馬赫數、激波等現象,以及其對流動的影響。 第十二章:斜壓流體與聲速 本章進一步深化對可壓縮流體的理解。探討瞭斜壓流體的概念,以及聲速的産生和傳播。分析瞭超音速流動中的激波(如斜激波、弓形激波)及其形成機製和影響。 第五部分:流體力學的工程應用 第十三章:外壓縮流與邊界層分離 本章將前麵學到的概念應用於更復雜的外部流動。分析瞭物體繞流時的流動模式,如鈍體和尖銳物體(如翼型)的繞流。深入講解瞭邊界層分離對阻力、升力的影響,以及如何通過改變物體形狀來減緩或避免分離。 第十四章:流體機械基礎 本章介紹瞭流體機械的基本原理,包括泵、風機、渦輪等。講解瞭這些機械如何利用流體的動能、勢能或壓力能進行能量轉換。重點分析瞭葉輪式機械的工作原理,如離心泵和軸流泵,以及水輪機和透平的工作原理,闡述瞭相關的效率和性能參數。 第十五章:多相流基礎 本書最後簡要介紹瞭多相流體的概念,即兩種或兩種以上不同物態(氣、液、固)的流體混閤物。概述瞭氣液兩相流、液固兩相流等常見的多相流現象,並提及瞭多相流在化工、能源、環保等領域的應用挑戰。 本書在每個章節都穿插瞭豐富的例題和習題,旨在幫助讀者鞏固所學知識,並提高解決實際問題的能力。同時,本書力求語言通俗易懂,避免過於抽象的數學推導,側重於物理概念的闡釋和實際應用的引導。相信通過對本書的學習,讀者能夠係統地掌握流體力學的核心知識,並為進一步深入研究或解決工程實踐中的問題打下堅實的基礎。