用多重网格法准确计算弹流润滑膜厚度的方法_卢洪.pdf

多重网格法是一种高效的数值解法，广泛应用于求解各种偏微分方程。在润滑理论中，特别是针对弹流润滑膜厚度的准确计算，多重网格法展现出了其独特的优势。弹流润滑（Elastohydrodynamic Lubrication，EHL）是一种在高负荷和高滚动速度条件下出现的润滑状态，其中润滑膜能够承载相当大的载荷，而润滑膜的厚度是影响其性能的关键因素之一。 传统的数值计算方法在求解弹流润滑问题时，往往会遇到计算精度和计算效率难以兼顾的问题。多重网格法通过结合不同层次的网格，在保证计算精度的同时，显著提高了计算效率。在本文中，多重网格法被用于求解稳态等温线接触下的弹性流体动力润滑问题，给出了在不同工况下的数值解，并分析了Reynolds方程楔形项使用不同差分格式时，随着网格层数增加，数值解的变化趋势。 Reynolds方程是描述弹流润滑中润滑膜压力分布的基础方程，而其楔形项与润滑膜的形状密切相关，对计算结果的准确性有着重要影响。对于楔形项，文章分别采用了两点差分和三点差分两种差分格式，并研究了这些差分格式对计算结果的影响。结果显示，在常见工况下，无论是采用两点还是三点差分，随着网格层数的增加，最小膜厚、中心膜厚、第二压力峰值及其位置都会趋于稳定。 文章还提出了经验公式，用于准确计算中心膜厚与最小膜厚。当网格层数较少时，通过将两点差分和三点差分得到的膜厚值代入经验公式，就能获得与更高网格层数情况下计算结果非常接近的膜厚值。这为计算弹流润滑膜厚度提供了一种有效而快速的方法。 从历史发展来看，弹流润滑理论的研究始于20世纪60年代，Dowson和Higginson对线接触弹流润滑问题的研究，以及70年代Hamrock和Dowson对点接触弹流问题的研究，为弹流润滑理论奠定了基础。弹流润滑理论研究的是一个复杂的非线性系统，需要联合求解Reynolds方程、弹性变形方程、载荷平衡方程、黏度方程和密度方程等多个方程。这些方程的非线性特征给数值求解带来了困难。为应对这些困难，学者们提出了一系列的数值计算方法。 多重网格法就是应对这种复杂非线性问题的有效工具之一。它通过构建不同层次的网格，将复杂问题分解成多个子问题，在较粗的网格上获得初步解，再逐步细化网格进行修正，直到达到所需精度。这种方法能够有效减少计算量，缩短计算时间，对于解决大规模计算问题尤为有效。 在弹流润滑的工程应用中，准确计算润滑膜厚度对机械零件的设计与维护有着重要意义。润滑膜厚度不仅影响摩擦学特性，也关系到设备的能耗和寿命。因此，研究者和工程师们一直在寻求更为精确和高效的计算方法，而多重网格法正好满足了这种需求。通过研究者们的不断探索和实践，多重网格法在弹流润滑膜厚度计算中取得了显著的应用效果，为相关领域的深入研究和实际应用提供了强有力的理论支撑和技术支持。