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为降低机械运动副的摩擦和磨损，常在相对运动表面注入适量润滑剂，以延长摩擦副使用寿命。表面润滑剂的厚度对摩擦副的使用性能影响较大，如果润滑膜厚度太薄，摩擦副表面可能会发生固体接触，导致过度磨损；如果润滑膜太厚，则会产生过量的粘性耗散。因此，对表面润滑膜厚度进行实时监测、保证膜厚处于合适范围，既可以提高摩擦副的传动效率，又可以降低摩擦系数和磨损量。
超声波是鲸鱼导航、捕食的重要探测手段，具有无损性、穿透强的特点，当前也广泛应用于工程零部件的缺陷、应力、膜厚等参数测量领域。本文结合声波传递方程和边界条件得到反射系数幅值及相移表达式，提出一种同时利用反射系数相位和幅值来计算膜厚的复合模型。自主搭建一套膜厚超声在线测量系统，基于共振模型、复合模型和弹簧模型分别设计在线测量软件的三个模块。对四种动态变化规律的膜厚进行跟踪测量，研究动态膜厚变化周期对跟踪测量精度的影响。实验研究摩擦副材质对测量范围的影响机理，并基于仿真软件搭建超声波测量实验的物理模型，研究超声波在不同材质、不同厚度摩擦副内部的传播规律。
(1)提出了一种利用目标膜厚选择超声波探头型号的新方法，利用有效带宽作为目标膜厚及探头型号的中间 “桥梁”，解决了测量过程中盲目选择探头、导致无法测量的问题。
(2)搭建了一套润滑膜厚度实时测量系统，可自动选择合适模型进行膜厚测量，实现了无人为干预的膜厚自动化测量。研究了摩擦副材质、摩擦副厚度、探头中心频响等因素对超声膜厚测量范围的影响规律。
本研究自主搭建的软硬件系统目前可以实时测量活塞、轴承等摩擦副的润滑薄膜厚度，有望嵌入发动机、压缩机、船舶推进器等装备进行润滑健康状态的原位在线监测。
梁鹏，青岛理工大学机械与汽车工程学院教授/博导，山东省高等学校优秀青年创新团队负责人，研究领域包括水润滑轴承苛刻工况润滑机理及薄膜超声精密测量，主持国家自然科学基金3项，山东省重点研发计划等省部级课题7项，以第一或通讯作者发表SCI/EI学术论文30篇，研究成果获中国发明协会二等奖等3项奖励。
孔令胜，青岛理工大学机械与汽车工程学院在读硕士生。研究领域包括润滑膜厚度的超声测量及空化气泡的超声成像技术。
郭峰，青岛理工大学机械与汽车工程学院教授/博导，教育部新世纪优秀人才，山东省泰山学者特聘教授，中国机械工程学会摩擦学分会常务理事，《FRICTION》、《摩擦学学报》等杂志编委。主持了包括“973”子课题、国家自然科学基金在内的多项研究课题。研究成果获教育部高等学校科学研究优秀成果自然科学二等奖、青岛市自然科学一等奖、国家自然科学基金委机械学科优秀进展项目等。
期刊简介
Friction（《摩擦（英文）》）是清华大学主办的国内首个摩擦学领域国际学术期刊，旨在发表和出版涵盖接触、摩擦、磨损、润滑、表面粘着和界面科学跨学科的创新性研究论文及专题性综述文章，致力于为国内外摩擦学和表面界面科学领域的学者搭建一流的国际学术交流平台，促进摩擦学在中国和国际学术界之间的交流和发展。其2023年影响因子为6.3，五年影响因子为6.7，在Web of Science核心合集数据库机械工程领域183种期刊中排名第9位(前5%)，稳居Q1区。现为月刊，年发文量160篇。2024年入选“中国科技期刊卓越行动计划二期”领军期刊。2025年起，Friction正式转至自主科技期刊国际化数字出版平台SciOpen发布传播，实现完全独立运营，踏上中国科技期刊自主办刊新征程！
编辑 | 徐军
审核 | 解国新
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