流体动力润滑建模新视角：聚焦流体动力剪切应力

要点

• 流体动力润滑是一种润滑方式，其中在表面之间引入液体润滑剂以防止它们相互摩擦。
• 流体动力润滑广泛应用于喷气发动机涡轮叶片、机械密封、轴承、齿轮、内燃机、生物医学和纳米技术。
• 根据屈服剪切应力，润滑剂可分为刚性润滑剂或准牛顿润滑剂。

每当两个表面（例如工具和工件）之间存在摩擦时，就会导致生产力问题。流体动力润滑是一种公认的润滑方式，有助于减少表面之间的摩擦。在流体动力润滑中，流体动力剪切应力特性非常重要，因为它们影响润滑剂的变形。根据流体动力剪切应力，材料变化可能是永久性的，也可能是暂时的，这可能会影响润滑的有效性。

让我们探讨一下什么是流体动力润滑以及为什么需要它。

流体动力润滑

当两个表面接触时，会产生摩擦力，从而限制了移动的便利性。在工程中，摩擦是一种常见现象。在大多数工程系统中，提供润滑是为了防止两个表面相互摩擦造成的磨损。

流体动力润滑是一种润滑方式，其中在表面之间引入液体润滑剂以防止它们相互摩擦。润滑剂通常用于在两个表面之间形成一层。流体动力润滑也称为厚膜或全膜润滑。

流体动力润滑如何减少摩擦？

我们都知道，即使是镜面抛光的表面也由称为山丘和山谷的波峰和波谷组成。表面的缺陷会导致表面粗糙。通过引入流体动力润滑，将适当的润滑剂添加到接触表面，形成薄层。该润滑剂膜可防止表面相互直接接触，从而减少摩擦。

润滑剂的类型

任何能够控制表面摩擦、磨损和撕裂的物质都称为润滑剂。润滑剂的其他功能包括散热、电力传输、保护、向触点供应添加剂和密封。润滑剂可以是固体（例如二硫化钼或石墨烯）或液体（例如油或水）。它们可以是油脂的半固体形式，也可以是气体形式（例如空气）。

流体动力润滑的应用

当具有最佳几何形状的表面设计成为一项具有挑战性的任务时，润滑就变得必要。流体动力润滑广泛应用于喷气发动机涡轮叶片、机械密封、轴承、齿轮、内燃机、生物医学和纳米技术。

在所有这些应用中，利用流体动力润滑的基本原理来建立光滑的表面和无摩擦的接触。工程系统中无摩擦表面接触的发展受到纳维和斯托克斯的著作的支配。雷诺方程有助于验证流体动力润滑的有效性。可以对润滑剂的流体流动行为进行建模，并且对此类模型的研究描述了润滑剂的特性和流体动力学。

让我们看一下摩擦学中使用的模型，称为宾汉塑性模型。

使用流体动力剪切应力表征宾汉塑性模型

润滑脂被广泛用作润滑剂，宾厄姆模型是通常用于描述润滑脂行为的模型。该模型的数学基础是雷诺方程。使用该模型可以预测轴承行为和核心形成。

宾厄姆模型有两个参数来表征：

1. 粘度
2. 屈服剪切应力

屈服剪切应力是必须施加到润滑剂以引发流动的最小流体动力剪切应力。根据屈服剪切应力，润滑剂可分为刚性润滑剂或准牛顿润滑剂。当流体动力剪切应力大小超过屈服剪切应力时，润滑剂以牛顿流体形式流动。否则就是僵化的。

将流体动力润滑应用于工程系统时，了解润滑剂的剪切应力和屈服剪切应力非常重要。流体（润滑剂）的流动行为以及变形率取决于作用在其上的流体动力剪切应力。

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