Tribology of Elastomers pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Elsevier Science

作者:Si-wei Zhang

出品人:

页数:282

译者:

出版时间:2004-11-05

价格:USD 153.00

装帧:Hardcover

isbn号码:9780444513182

丛书系列:

图书标签:

• Elastomers
• Tribology
• Friction
• Wear
• Lubrication
• Polymer Science
• Material Science
• Surface Engineering
• Mechanical Engineering
• Rubber

《弹性体摩擦学》：一场关于摩擦、磨损与润滑的深度探索 《弹性体摩擦学》是一本致力于深入剖析弹性体材料在摩擦、磨损以及润滑过程中复杂行为的专著。本书并非泛泛而谈，而是聚焦于弹性体这一特定材料家族，将其在各种工程应用中面临的严峻挑战置于显微镜下进行细致的审视。本书旨在为材料科学家、机械工程师、设计者以及对高性能弹性体应用感兴趣的研究人员提供一套全面、系统且具有前瞻性的理论框架和实践指导。 弹性体，凭借其独特的弹性、韧性以及优异的缓冲性能，早已渗透到我们生产生活的方方面面。从汽车轮胎、密封件、减震器，到医疗器械、电子产品外壳，再到体育用品、航空航天部件，弹性体无处不在。然而，也正是这些广泛的应用场景，使得弹性体不可避免地要承受各种形式的摩擦和磨损。每一次滚动、滑动、压缩或拉伸，都伴随着能量的耗散，材料表面发生着微妙甚至剧烈的变化。这些变化不仅影响着弹性体的使用寿命，更可能直接关乎整个系统的性能、安全性和可靠性。因此，理解和控制弹性体在摩擦学领域的行为，成为提升产品性能、延长使用寿命、降低维护成本的关键。 本书的核心在于“摩擦学”。摩擦学是一门研究相对运动物体表面间摩擦、磨损和润滑现象及其规律的科学技术。它涉及到材料科学、机械工程、物理学、化学等多学科的交叉与融合。而当我们将目光聚焦于“弹性体”，这项研究便呈现出其独特性。与金属、陶瓷等硬质材料不同，弹性体具有低杨氏模量、高延展性、黏弹性以及对环境因素（如温度、湿度、化学介质）的敏感性等特点。这些特性使得弹性体的摩擦学行为更加复杂，也更具挑战性。例如，弹性体的形变能力使其在接触过程中能够产生更大的接触面积，这会显著影响摩擦力的产生；其黏弹性则意味着摩擦力与运动速度、接触时间等因素存在着复杂的依赖关系；材料内部的分子链结构、交联密度、填料种类和含量等因素，也都在微观层面上深刻地影响着宏观的摩擦磨损性能。 《弹性体摩擦学》正是围绕这些核心问题展开。全书从基础的弹性体材料特性入手，逐层深入，逐步构建起对复杂摩擦学现象的认知。 第一部分：弹性体的微观结构与力学特性——一切的基石 在深入探讨摩擦学现象之前，建立对弹性体材料本身深刻的理解是必不可少的。本部分将详尽阐述各类常见弹性体的微观结构，包括聚合物链的构象、交联网络的存在与密度、填料（如炭黑、白炭黑、硅石等）的引入对材料性能的影响，以及增塑剂、硫化剂、防老剂等添加剂的作用。我们将解析这些微观结构的差异如何转化为宏观的力学性能，例如杨氏模量、泊松比、撕裂强度、拉伸强度、断裂伸长率以及最重要的——黏弹性行为。 黏弹性是弹性体区别于理想弹性体和理想黏性流体的关键特征。本部分将详细介绍描述黏弹性的各种模型，如Maxwell模型、Kelvin-Voigt模型、Standard Linear Solid模型等，并讨论如何通过实验手段（如动态力学分析DMA、应力松弛、蠕变实验）来表征和量化弹性体的黏弹性参数。理解黏弹性对于预测弹性体在动态载荷下的响应、理解滞后现象以及解释摩擦过程中的能量耗散至关重要。此外，我们将探讨温度、频率、应变幅值等因素对弹性体黏弹性的影响，为后续的摩擦学分析奠定基础。 第二部分：弹性体的接触力学——理解摩擦的根源 摩擦力的产生与接触区域的微观形貌和力学行为密切相关。在这一部分，我们将深入研究弹性体与固体表面接触时的力学特性。不同于金属的宏观塑性变形，弹性体的接触更侧重于其弹性和黏弹性形变。我们将探讨Hertz接触理论在弹性体接触中的应用与局限性，以及接触面积、接触压力分布如何受到材料本构关系、表面粗糙度以及接触载荷的影响。 特别地，本书将详细阐述表面形貌对弹性体接触和摩擦行为的影响。微小的表面凹凸、沟槽、纹理以及弹性体本身的表面粗糙度，都会在接触界面形成复杂的微观接触点。我们将利用显微成像技术（如光学显微镜、扫描电子显微镜SEM、原子力显微镜AFM）来观察和分析弹性体表面的微观形貌，并结合接触力学模型，预测这些形貌特征如何影响实际接触面积的形成。 除了静态接触，动态接触下的行为同样重要。本书将分析在滚动和滑动过程中，弹性体接触区域的瞬态形变、应力集中以及可能产生的应力波传播。这将帮助读者理解为什么在不同的运动模式下，弹性体的摩擦力会表现出显著差异。 第三部分：弹性体的摩擦行为——机制、影响因素与测试方法 摩擦是弹性体摩擦学研究的核心。本部分将系统梳理和剖析弹性体摩擦的多种产生机制。我们将重点关注以下几个方面： 黏着摩擦（Adhesion Friction）： 弹性体分子链与表面原子间的范德华力、化学键合以及扩散现象所产生的吸引力，在微观接触点上形成黏着力，是摩擦力的重要组成部分。我们将探讨材料表面化学性质、表面清洁度、分子链极性以及接触时间等因素对黏着摩擦的影响。 迟滞摩擦（Hysteresis Friction）： 这是弹性体摩擦学中最显著的特征之一，也是与硬质材料摩擦最大的区别。由于弹性体的黏弹性，在接触界面发生形变和恢复的过程中，能量会以热的形式耗散，表现为向前推进的接触区域承受更大的压力，而向后退去的接触区域则承受较小的压力，两者之间的压力差便形成了阻碍运动的迟滞力。本部分将详细阐述迟滞摩擦的微观机制，以及它与材料的储能模量、损耗模量、体变模量等黏弹性参数之间的关系。我们将解释为什么在不同的速度和温度下，迟滞摩擦会发生变化。 犁削摩擦（Ploughing Friction）： 当弹性体表面存在硬质颗粒或粗糙表面时，弹性体会发生塑性或弹塑性变形，硬质颗粒或表面凸起会在弹性体表面“犁出”沟槽，产生阻力。我们将分析硬质颗粒的大小、形状、硬度以及弹性体材料的屈服强度和韧性等因素对犁削摩擦的影响。 本书将全面介绍弹性体摩擦性能的各种测试方法，包括： 滑动摩擦测试： 使用各种摩擦试验机（如环-盘试验机、销-盘试验机、针-盘试验机）来测量不同工况下的摩擦系数。 滚动摩擦测试： 模拟轮胎滚动等场景，测量滚动阻力。 动态摩擦测试： 评估弹性体在振动或周期性载荷下的摩擦行为。 我们将详细讨论各种测试方法的原理、设备组成、试验参数的选取以及数据分析方法，并指出各种方法的优缺点及其适用范围。 第四部分：弹性体的磨损行为——机制、影响因素与防护策略 磨损是弹性体在使用过程中伴随摩擦而产生的材料损失现象，直接决定了弹性体的寿命。本部分将深入探讨弹性体磨损的多种机制： 疲劳磨损（Fatigue Wear）： 在反复的应力循环作用下，弹性体表面会产生微裂纹，并逐渐扩展、断裂，形成磨屑。这种机制常见于滚动疲劳和滑动疲劳。 黏着磨损（Adhesive Wear）： 与黏着摩擦密切相关，当微观接触点上的黏着力超过材料的强度时，会发生材料转移和转移，导致表面损伤。 磨粒磨损（Abrasive Wear）： 由硬质颗粒（如环境中的灰尘、固体颗粒）在弹性体表面划擦、切削而引起的磨损。 侵蚀磨损（Erosive Wear）： 由高速流体或固体颗粒冲击弹性体表面而引起的磨损。 我们将详细分析影响弹性体磨损的因素，包括： 材料本身特性： 交联密度、填料种类与含量、分子量、弹性模量、断裂韧性等。 接触条件： 载荷、速度、温度、相对湿度。 环境因素： 介质（水、油、化学品）、环境温度、污染物（颗粒物）。 除了对磨损机制和影响因素的深入分析，本书还将重点介绍弹性体的磨损防护策略。这包括： 材料设计与改性： 通过优化配方、引入耐磨填料（如纳米填料）、改进交联体系等方法，提高材料的本征耐磨性。 表面处理与涂层： 采用物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）、等离子体处理、激光处理等技术，在弹性体表面形成耐磨涂层或改性层。 润滑与密封： 合理的润滑可以显著降低摩擦和磨损。本书将探讨不同类型的润滑剂（油、脂、干膜润滑剂）在弹性体摩擦学中的应用，以及密封设计在防止磨粒进入、降低磨损中的作用。 结构设计优化： 通过优化零件的几何形状、减轻应力集中等方式，降低磨损的发生概率。 第五部分：弹性体的润滑——延长寿命与提升性能的关键 润滑是减少摩擦和磨损的有效手段，尤其在高性能应用中，润滑技术对于确保弹性体的可靠运行至关重要。本部分将聚焦于弹性体的润滑： 润滑机理： 介绍润滑剂在弹性体摩擦副中的作用，包括减小接触压力、形成润滑膜、隔绝磨粒、带走热量等。 润滑剂的类型： 详细讨论适用于弹性体的各种润滑剂，如矿物油、合成油、硅油、氟油、水基润滑剂、固体润滑剂（如PTFE、MoS2）以及生物基润滑剂。 弹性体与润滑剂的相容性： 这是弹性体润滑领域的一个核心问题。弹性体可能溶胀、硬化或软化，而润滑剂也可能被吸附或溶解。本书将深入分析弹性体材料的化学结构、交联密度、填料类型等如何影响其对不同润滑剂的相容性，以及如何通过材料选择和润滑剂配方设计来优化相容性。 润滑的性能评估： 介绍评估弹性体润滑性能的实验方法，如摩擦系数和磨损率的测量，以及润滑膜厚度的表征。 动态润滑与边界润滑： 分析弹性体在不同润滑 regimes 下的行为，包括全流体润滑、混合润滑和边界润滑。 第六部分：实际应用中的弹性体摩擦学——案例分析与前沿展望 理论结合实际，本书的最后部分将通过一系列精心挑选的案例分析，展示弹性体摩擦学在工程实践中的应用。我们将探讨： 轮胎摩擦学： 湿地抓地力、干地制动、滚动阻力与燃油经济性的权衡。 密封件的磨损与失效： 液压和气动密封件的寿命预测与可靠性设计。 减震器与缓冲器的性能： 摩擦阻尼与能量耗散的优化。 医疗器械中的弹性体摩擦： 生物相容性、低摩擦与长期稳定性。 电子产品中的弹性体应用： 触感、耐磨性与可靠性。 最后，本书还将对弹性体摩擦学领域的未来发展方向进行展望，包括： 智能弹性体材料： 响应式摩擦行为、自修复能力。 纳米摩擦学： 纳米填料对弹性体摩擦性能的影响与调控。 多尺度模拟与数值方法： 结合分子动力学、有限元方法等，更精确地预测弹性体的摩擦磨损行为。 可持续弹性体材料与绿色摩擦学： 环保材料开发与低能耗摩擦学。 《弹性体摩擦学》不仅是一本理论书籍，更是一本能够指导实践的参考指南。通过对弹性体摩擦学这一重要学科的系统阐述，本书将帮助读者深入理解弹性体在各种应用中的行为，从而设计出更耐用、更可靠、性能更优越的弹性体产品。

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