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Tribo-X摩檫学计算软件

专用于轴承、齿轮、活塞/气缸等摩擦润滑系统。

Tribo-X应用场景

摩擦学是有关摩擦、磨损与润滑科学的总称，是在研究摩擦和磨损过程中两个相对运动表面之间的相互作用。由于摩擦引起能量的转换、磨损则导致表面损坏和材料损耗，因而润滑是降低摩擦和减少磨损的最有效措施。摩擦学问题中各种因素往往错综复杂，涉及多门学科，例如，流体力学、固体力学、流变学、热物理、应用数学等等。由于摩擦学现象发生在表面层，影响因素颇多，这就使得理论分析和实验研究都较为困难，经典三维CFD或者有限元计算难度很大。

常用摩擦润滑系统

对于典型机械零件的润滑设计，如滚动轴承、齿轮、凸轮结构、滑动轴承、止推轴承、活塞/气缸等，Tribo-X计算软件考虑摩擦学问题中的多种影响因素，能有效解决传统CAE方法计算困难、计算速度慢的问题，精确考虑各种特性对摩擦学结构的影响，包括混合摩擦、湍流效应、微观粗糙表面、气穴等。Tribo-X可以计算润滑系统的应变、摩擦和温度等；是一个“数字放大镜”，查看摩擦接触的内部，更好的理解整个接触过程。Tribo-X完成典型问题的计算通常只需要几分钟。能够充分考虑以下因素：

流体动压

各种流体润滑问题都涉及在狭小间隙中的流体黏性流动，描写这种物理现象的基本方程为雷诺方程。各种流体的润滑计算是基于对雷诺方程的应用和求解。Tribo-X求解器基于雷诺方程，进行对摩擦润滑系统的计算。相比于经典三维CFD所使用的Navier-Stokes方程，计算速度快，计算时间大幅降低，并且计算结果基本一致。

二维雷诺方程的应用

三维NS方程(CFD)与二维雷诺方程（Tribo-X）计算结果对比

弹性流体动压

经典油膜动力学计算理论将摩擦副视为刚性体，使得计算得到的承载能力比实际承载能力偏低。对于点、线接触，Tribo-X可以使用半弹性空间模型；对于滑动轴承接触方式，Tribo-X使用有限元软件提取出的柔度矩阵，在考虑线弹性材料行为的基础上，计算弹性变形对油膜压力及油膜间隙等计算结果的影响。

热弹流体动压

一般流体润滑计算是按等黏度进行，也就是说忽略润滑膜温度场的影响，然而，除了极轻的载荷和极低的速度之外，润滑膜温度分布也将是影响润滑性能的重要因素。为了求得润滑膜中的温度分布，Tribo-X求解能量方程完成计算。

能量方程

润滑油特性

润滑油的密度、动力黏度、导热系数和比热容是压力和温度的函数。在一些条件下，必须考虑润滑油随压力和温度性能的变化，进行润滑分析。

一般的，润滑油可视为牛顿流体。针对非牛顿流体，Tribo-X也有专门的计算模型，常用的本构模型有Ree-Eyring本构模型，剪应力与剪应变率为非线性关系。

流体模型本构曲线

壁滑移

当达到极限剪切应力时，润滑间隙发生壁滑移。Tribo-X可以进行出现壁滑移后，不同的剪切速率下不同的摩擦行为分析。

Surface2

Surface2

Surface1

withoutwallslip

withwallslip

发生和未发生壁滑移的剪切速率

混合摩擦

混合摩擦是边界润滑和动压润滑的组合，它们的形成机理、润滑特性各不相同。除了及其光滑的表面之外，混合摩擦是普遍存在的状态。Tribo-X可以通过定义固体表面粗糙度来进行混合摩擦分析。

不同摩擦状态

微观流体动力学

对于较小的润滑间隙，宏观流体动力学还受到粗糙度的微观流体动力学影响，油膜压力受到粗糙度、液体流动方向和流量的影响。Tribo-X通过定义表面粗糙度或者流动剪切应力系数，完成微观摩擦分析。

摩擦副的粗糙表面

气穴

气体以两种形式存在在润滑油内，一是溶解在液体中，二是以气泡的形式混合在液体中。当压力低于某一值时，液体中的空气就会分离出来，产生气穴。Tribo-X基于质量守恒算法，在二维雷诺方程中引入入充油率，在后处理中提供充油率结果，可以识别气穴区域。

典型机械零件出现气穴现象

层流及湍流

如果在使用低粘度润滑液（如水）和高转速情况下，有必要考虑湍流效应。考虑湍流通常会提升油膜摩擦力，从而获得更好的轴承承载能力。Tribo-X提供专门的湍流模型来考虑湍流效应。

润滑油运动状态

磨损因素

基于Fleisher提出的能量磨损理论。通过输入材料磨损的能量密度，即磨损单位体积所消耗的功，Tribo-X可以计算运动过程中材料出现磨损后，间隙宽度出现变化的摩擦学行为。

应力分析

对于点、线接触，包括齿轮接触、凸轮接触等，Tribo-X可以进行应力分析计算。Tribo-X可以定义摩擦副表面的多层涂层，计算x、y、z方向的应力分量及等效应力分布。

考虑摩擦表面的多层涂层

应力分布分析（滚动接触示例）

稳态和瞬态分析

Tribo-X可以进行稳态分析，也可以计算随时间变化载荷作用下的机械零件响应，比如循环载荷作用下的瞬态轴承分析及非循环