基于CFD的新型表面织构仿真分析

于如飞，寇 鑫，陈 渭

（1.西安航空学院机械工程学院，陕西西安710077；2.西安航天动力研究所，陕西西安710100；3.西安交通大学现代设计及转子轴承系统教育部重点实验室，陕西西安710049）

20世纪60年代中期，Hamilton等提出了“表面织构化”概念的雏形［1］，他们用微小不规则体（surface microirregularities）来定义物体表面的微凸体，并将单个微凸体视作1个具有一定承载能力的微小动压润滑轴承。通过实验发现，微凸体发散区域存在空化现象。近年来，针对表面织构摩擦学设计的研究日益增多，研究对象主要包括机械密封结构［2］、机械加工刀具［3］、齿轮传动系统［4］、滑动轴承［5-6］以及滚动轴承［7］等，研究方向逐渐从表面织构参数设计发展到表面织构参数优化［8-9］，例如表面织构的几何形状、大小以及分布方式等的优化。

对于确切的表面织构化概念，于如飞等［10］提出：通过使用某种技术手段或借助特定的机械加工设备人为地在物体表面生成具有不同几何形状和特定分布规律的一系列微小结构，以使相对运动表面的摩擦学性能或其他性能得到改善。总的来说，表面织构化改变了物体表面本身的形貌特征，从而使2 个相对运动表面之间的接触、摩擦及润滑状态发生改变。大量研究表明，表面织构在不同的应用条件下均可发挥相应的功效。例如：在低速或缺乏润滑油的工况下，每个独立的表面织构都相当于1个“储油箱”，其内部储存的润滑剂可作为物体表面二次润滑的供给源［11］；在高速、轻载工况下，表面织构可作为微小流体润滑轴承，以增强局部的动压效应，从而提高物体表面的承载能力［12］；……