图书前言

在润滑过程中,润滑剂的非牛顿特性是一个非常普遍的现象。但是由于本构方程的非线性(即非牛顿性),以往的非牛顿流体润滑问题的求解非常复杂和困难,即便是通过数值求解,对非线性较大的问题也很难求得收敛的解,因此非牛顿流体润滑一直是润滑理论中的一个难点。

由于长期以来对非牛顿流体润滑计算没有找到有效的求解方法,尽管人们通过实践得到了各种各样典型的非牛顿流体本构方程,但是人们还只能尽量将流体简化成牛顿流体进行分析和计算。这种将非牛顿流体润滑问题拟线性化的处理,常常会使模拟与实际工况存在显著偏差,从而计算结果可能存在设计失真和失误隐患。因此,寻求有效的求解非牛顿流体润滑问题的方法是润滑计算分析中的一个重要任务。

求解非牛顿流体润滑的难点主要在于:  ①非牛顿流体因其本构方程的非线性给推导带来非常大的障碍;    ②即便是可以得到类似的Reynolds方程,求解过程中也会因其非线性,常常得不到收敛解。以往在求解任何流体润滑问题时人们总是希望推导得到一个类似牛顿流体的Reynolds方程,然后对仅有压力变量的润滑方程(Reynolds方程)进行求解。而想要推导出不同非牛顿流体的Reynolds方程,除个别非牛顿流体外,大多数情况下无法得到适合求得稳定的数值解的表达式。

本书共分3篇。第1篇为基础理论篇,包括第1~4章。篇中首先对非牛顿流体的黏度做了较详细的分析,提出了增量黏度和全量黏度的概念。因为黏度原本的定义是来自于牛顿流体,因此为了正确认识非牛顿流体,必须首先清楚地了解牛顿和非牛顿流体黏度之间的不同性质,否则很难深入研究。流速分离法是本书重点介绍的一个有效求解非牛顿流体润滑问题的方法。从牛顿流体润滑分析开始,延伸出非牛顿流体润滑问题所存在的难点之后,通过利用润滑问题的特殊性,提出了求解非牛顿流体润滑问题的流速分离法,从而建立了适用于非牛顿流体润滑问题的求解方法,推导出了普遍适用的求解非牛顿流体润滑问题的润滑方程的表达式——普适流体润滑方程。

第2篇为润滑失效篇,包括第5~7章。理论上,牛顿流体不会引起润滑失效,但这与实际情况不符。这使得人们不得不深入寻找润滑失效的原因。非牛顿性自然成为重要原因之一。本书在分析了剪应力有界非牛顿流体本构方程的基础上,对极限剪应力引起的润滑失效机理、流体润滑膜承载能力分析和实验测量极限剪应力等方面做了较深入的讨论。本书给出了纯滚动不存在润滑失效、极限剪应力和滑动会引起润滑失效等重要结论。这些结论有助于深入认识流体非牛顿性带来的影响。本篇还讨论了摩擦因数、载荷、膜厚和润滑失效之间的关系和联系。

第3篇为计算方法与程序篇,包括第8~12章。给出了利用上述基本理论推导的常见非牛顿流体润滑问题的计算公式、数值方法与求解程序。通过这些程序得到的计算结果表明: 基于流速分离法得到的普适流体润滑方程不仅能成功地应用于非牛顿流体润滑中的压力分布、膜厚和温升计算; 而且与现有的非牛顿流体润滑问题的计算方法相比,它的求解过程格式统一、计算步骤简单、计算收敛性好、结果准确。

本书可为非牛顿流体润滑问题的研究提供理论和数值分析支持。本书由黄平和杨倩倩编写,黄平撰写第1~7章,杨倩倩编写第8~12章。本书的研究内容得到国家自然科学基金 “计算摩擦学”(51575190)的资助,同时书中引用了不少摩擦学同行们的出色成果,此外占旺龙在成书期间对资料收集提供了很大帮助,在此一并感谢!

由于非牛顿流体润滑问题的复杂性,加上作者的水平所限,书中存在错误在所难免。望广大读者不吝赐教,提出宝贵意见和建议。

作者

2017.6于广州