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| 編輯推薦： |
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国外学者们的专著主要集中于对流体进行系统理论研究，对于利用有限元、CFD等方法对具体对象进行计算，并对结果进行研究与分析的较少见。在基础研究方面，国内外学者们的专著尚缺乏对于利用有限元对液体静压润滑的静动态特性进行重点研究，鉴于此，本书将聚焦于利用有限元对液体静压支承静动态特性进行有限元计算，并对计算结果进行详细研究与分析。
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| 內容簡介： |
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运动支承作为制造装备的基础部件，是制造装备精度链、刚度链的重要环节，其承载力、刚度等特性是制造装备力学性能的重要组成因素，直接影响着制造装备的执行精度。在国外精密重型超重型机床和超精密制造装备中已较广泛使用流体静压支承作为主轴系统和进给系统的关键运动支承部件。随着高端制造装备对运动支承的精度、速度和承载性能要求的*化，流体静压支承正逐渐成为当今高速、精密及重载运动系统结构的主要发展方向。本书将重点关注利用有限元计算方法来解决考虑多因素的液体静压支承性能的数值计算及分析，计算全部采用Matlab编程实现。本书首先从液体静压润滑基础知识入手，系统讲解Reynolds方程、广义雷诺方程及其有限元计算方法，并针对考虑不带腔、帯腔、粗糙度、非牛顿润滑、滑移等因素的液体静压支承静动态特性进行有限元计算理论与分析。
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| 關於作者： |
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黄禹，教授、博士生导师，华中科技大学，制造装备数字化国家工程研究中心副主任，中国机械工程学会程学会机械工业自动化专委会委员，中国光学学会激光加工专委会委员，湖北省机械工程学会机械工业自动化专委会理事长。长期从事激光及相关特种加工、机械设计、机电一体化、专用特种装备、数控技术等方向的科研及教学工作，重视多学科交叉，不断开展新工艺技术及其装备的创新研究与工程化开发，形成了工艺、装备、数控技术相融合，光机电一体化深度结合的研究特色。主持或承担973、国家自然科学基金、国家重点研发计划、省市重大科技专项以及企业发展重要项目30余项。
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| 目錄：
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第1章液体静压润滑基础知识1
1.1润滑油的主要性质1
1.1.1激光焊接介绍1
1.1.1密度和重度1
1.1.2黏度2
1.2流体的流动性质3
1.2.1层流与紊流4
1.2.2雷诺数4
1.3牛顿定律及非牛顿流体4
1.3.1牛顿定律4
1.3.2非牛顿流体5
1.4流体动压形成原理6
1.5油液在平行平板、小孔、圆管、环形缝隙中的黏性流动6
1.5.1平行平板缝隙的黏性流体流动7
1.5.2圆台的黏性流体流动9
1.5.3环形缝隙内的黏性流体流动10
1.6液体静压润滑的节流器11
1.6.1节流器的工作原理11
1.6.2常用节流器12
第2章雷诺方程及其有限元计算方法16
2.1雷诺方程及广义雷诺方程16
2.1.1雷诺方程16
2.1.2广义雷诺方程20
2.2雷诺方程求解的边界条件21
2.3孔入式液体静压径向轴承压力控制方程23
2.3.1孔入式液体静压径向轴承结构及工况参数23
2.3.2油膜压力控制方程24
2.4孔入式液体静压径向轴承有限元计算方法26
2.4.1系统整体有限元方程26
2.4.2有限元求解雷诺方程的程序流程图34
第3章孔入式液体静压径向轴承静动态特性有限元计算方法及分析36
3.1液体静压润滑有限元静态特性参数计算方法36
3.2液体静压润滑有限元动态特性参数计算方法38
3.3孔入式液体静压径向轴承轴心稳态平衡位置的计算方法40
3.4孔入式液体静压径向轴承静动态特性分析42
3.4.1节流系数对油膜承载能力的影响43
3.4.2速度系数对油膜承载能力的影响47
3.4.3进油孔位置对油膜承载能力的影响51
3.4.4供油孔数量对油膜承载能力的影响52
3.4.5非对称结构对油膜承载能力的影响53
第4章孔入式液体静压径向轴承非线性稳定边界有限元计算方法及分析62
4.1油膜失稳机理及线性临界转速的计算62
4.2液体悬浮轴承轴心轨迹的计算方法66
4.3液体悬浮轴承线性与非线性轴心轨迹对比68
4.4液体悬浮轴承的非线性稳定性边界求解74
4.5液体悬浮轴承的非线性稳定性特性分析76
4.5.1孔入式液体静压径向轴承的设计参数对临界转速的影响规律76
4.5.2非线性稳定性边界与工况参数的关系79
第5章考虑粗糙度的孔入式液体静压径向轴承静动特性有限元计算方法及分析
83
5.1考虑粗糙表面的孔入式液体静压径向轴承分析方法及其求解过程84
5.1.1粗糙表面研究方法84
5.1.2计入粗糙表面的孔入式液体静压径向轴承分析方法91
5.1.3考虑粗糙度的有限元计算方法94
5.2高斯分布粗糙表面对孔入式液体静压径向轴承静动态特性的影响
100
5.2.1长宽比对考虑粗糙表面的孔入式液体静压径向轴承承载力的影响分析
100
5.2.2表面粗糙度大小对孔入式液体静压径向轴承承载力的影响分析
101
5.2.3粗糙表面对孔入式液体静压径向轴承静动态特性的影响分析
102
5.3非高斯分布粗糙表面对孔入式液体静压径向轴承静动态特性的影响
109
5.3.1非高斯分布粗糙表面模型分析110
5.3.2非高斯分布粗糙表面对孔入式液体静压径向轴承静动态特性的影响分析112
第6章考虑非牛顿和滑移的孔入式液体静压径向轴承静动特性有限元计算方法及分析125
6.1考虑壁面滑移的修正雷诺方程125
6.2考虑边界滑移的修正雷诺方程有限元计算方法128
6.3考虑边界滑移的静压支承静动特性分析129
6.3.1滑移面无滑移面参数的优化设计130
6.3.2非牛顿效应与壁面滑移效应的相互作用133
6.3.3稳态条件下的静动态特性133
第7章液体静压导轨静动态特性有限元计算方法及分析142
7.1小孔节流矩形静压油垫有限元数值计算模型142
7.1.1小孔节流矩形静压油垫结构及工况参数142
7.1.2油膜压力控制方程144
7.2小孔节流矩形静压油垫网格划分144
7.3小孔节流矩形静压油垫静动态特性参数计算方法145
7.4小孔节流矩形静压油垫静动态特性分析147
7.4.1网格收敛性分析和计算模型验证147
7.4.2小孔节流矩形静压油垫压力分布对比分析147
7.4.3变倾角情况下，z、x、y、等静态参数随倾角的变化规律
148
7.4.4变油腔深度情况下，z、x、y、等静态参数随油膜厚度的变化规律
148
7.4.5变倾角情况下，zz、xx、yy、zz、xx、yy等动态参数随油膜厚度的变化规律148
7.4.6变油腔深度情况下，zz、xx、yy、zz、xx、yy等动态参数随油膜厚度的变化规律152
参考文献154
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| 內容試閱：
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运动支承作为制造装备的基础部件，是制造装备精度链、刚度链的重要环节，其承载力、刚度等特性是制造装备力学性能的重要组成因素，直接影响着制造装备的执行精度。国外精密重型超重型机床和超精密制造装备已较广泛地使用液体静压支承作为主轴系统和进给系统的关键运动支承部件。随着高端制造装备对运动支承的精度、速度和承载性能要求的极端化，液体静压支承正逐渐成为当今高速、精密及重载运动系统结构的主要发展方向。然而，目前国内外的专著尚缺乏利用有限元计算考虑多因素的液体静压支承静动态特性基础理论方面的数值计算，故本书将重点关注利用有限元计算方法来解决考虑多因素的液体静压支承性能的数值计算及分析，计算全部采用Matlab编程实现。液体静压支承具有近零摩擦、无磨损、效率高、运动平稳、能够有效隔离振动传递等优点，且工程适应性好，较好地满足了重型超重型精密加工装备、超精密加工制造装备对运动支承的性能要求，广泛应用于航空、航天、航海等领域中的高端微纳米精度加工装备如IC制造装备、超精密加工机床、高档激光加工装备，其直接影响了高端制造加工装备的系统级运动稳定性与精度性能。在研究液体静压支承的过程中，为研究其内部润滑机理，首先需对流动主控方程进行离散化，现有的流动主控方程的离散方法主要有有限元方法、有限差分法及有限体积法。有限元方法对复杂的数学物理问题有着广泛的适应性，随着电子计算机技术的高速发展，其在力学、物理及工程应用中的应用越来越广泛。目前，国内外尚缺乏利用有限元对考虑多因素的液体静压支承静动态特性基础理论方面进行数值计算的专著，故本书将重点关注利用有限元计算方法来解决考虑多因素的液体静压支承性能的数值计算及分析，计算全部采用Matlab编程实现。本书首先从液体静压润滑基础知识入手，系统讲解雷诺方程有限元计算方法，并针对考虑粗糙度、非牛顿润滑、滑移、油垫倾角等因素的液体静压支承静动态特性进行有限元计算与分析。本书第1章讲解了液体静压润滑基础知识；第2章讲解了常规雷诺方程及广义雷诺方程的推导过程，并以经典的孔入式液体静压径向轴承为研究对象，详细阐述了常规雷诺方程的有限元计算方法，而广义雷诺方程的有限元计算方法将在第6章进行讲解；本书第3章至第6章仍以经典的孔入式液体静压径向轴承为研究对象，其中第3章和第4章主要研究了其基本的静动态特性及稳定性，第5章建立了考虑粗糙度的雷诺方程，利用有限元计算方法求解及分析，而第6章则建立了考虑非牛顿和滑移的广义雷诺方程，同样利用有限元计算方法对其进行求解及分析；在利用有限元计算方法探究了经典的孔入式液体静压径向轴承的基本特性后，本书在第7章尝试将该有限元计算方法应用于液体静压导轨，建立了考虑油垫倾角的广义雷诺方程，并提出了新的方法对其进行网格划分，进而利用有限元计算方法进行求解及分析。本书所使用的研究方法及获得的成果，将为精密重型超重型机床和超精密制造等高端制造装备统级运动稳定性与精度性能提供基础的理论依据与技术支撑。故本书可供计算力学和计算数学工作者、机械工程专业本科生或研究生及相关专业师生的教材或参考用书，也可作为流体动力学基础理论研究人员及相关工程技术人员的参考用书。本书主要由华中科技大学黄禹教授、荣佑民博士撰写，参与本书编写工作的有：曹海印、吴若麟、李建、陈润昌等博士生，另外，研究生李宇恒和陶宇轩完成了文章文字及格式修改方面工作。本书的撰写还得到了课题组同事们的大力指导和帮助。在此一并表示感谢。本书内容主要基于国家自然科学基金重点项目高性能流体静压支承系统的基础研究（编号：51235005）和正在执行的国家自然科学基金面上项目基于非高斯粗糙表面重构的超精密液体静压导轨微流场分析及微振动主动控制（编号：51875223）的部分成果。在此，特别感谢国家自然科学基金委的资助，感谢段正澄院士、邵新宇院士对本科研工作给予的指导和支持因时间关系和水平所限，书中难免有诸多不足之处，恳请广大读者批评指正。
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