幹摩擦

兩摩擦表面之間無任何潤滑劑時，兩物體表面的微小凸起部分(稱為輪廓峯)直接接觸，這種摩擦狀態稱為幹摩擦。雖然金屬間的幹摩擦係數很大，但在工程實踐中並不存在真正的幹摩擦，因為暴露在大氣中任何零件的表面，不僅會因氧化而形成氧化膜，而且或多或少會受到潤滑劑的污染。此時的摩擦係數顯著減小，對鋼一鋼表面，摩擦係數約為0.15～0.20。 ^[1] 

在機械設計中，通常把未有經過人為潤滑的摩擦狀態當作“幹摩擦”處理。

幹摩擦是衡量摩阻材料的一個重要指標，利用幹摩擦的作用將動能轉化為熱能，並加以吸收或散失以減少對磨表面相對運動速度，如剎車片這類材料就要求幹摩擦力強。

而濕摩擦（當兩接觸表面之間有足夠的液體以致兩個物體並不直接接觸時，兩個物體間的摩擦叫做濕摩擦。 ^[2]  ）剛好與此相反。

利用高分子材料做成耐磨材料時，往往測其摩擦係數，多數是在幹摩擦情況下進行。如測耐磨聚四氟乙烯，耐磨聚甲醛等的摩擦係數就是在這種狀態下進行。

利用幹摩擦阻尼的耗能作用來抑制結構的振動水平是一種非常有效的減振措施，且廣泛應用於透平機械葉片結構設計中來降低葉片振動，提高結構的安全可靠性，在葉片中應用的具體結構包括：圍帶、松拉金、凸台拉金和平台阻尼塊等。

兩個粗糙表面接觸時，接觸點相互齧合，摩擦力就是所有這些齧合點的切向阻力的總和。在這種情況下，降低表面粗糙度就可以降低摩擦係數。對於幹摩擦機理進行解釋的經典理論適用於金屬對金屬的摩擦。它是建立在下列假設的基礎上的：

（1）真實接觸面積由塑性變形決定；

（2）兩個接觸表面被一個剪切強度較低的膜隔開；

（3）膜的剪切強度較高時，摩擦取決於基材金屬的剪切強度。

在負荷的作用下，摩擦表面真實接觸點上接觸應力很大，以致產生塑性變性，形成小平面接觸，直到接觸面積增大到能夠承受全部負荷時為止。對於理想的彈—塑性材料，真實接觸面積與負荷的關係可用下式表達：

式中：F——法向負荷，N；

A——真實接觸面積，

；

——壓縮屈服極限，Pa。

在這種情況下，金屬表面將出現牢固的粘結點。在切向力的作用下，粘結點被剪斷，表面隨即發生滑移。摩擦的過程就是粘結與滑移交替進行的過程。摩擦力主要表現為剪斷金屬粘結點所需的剪切力。若硬表面的粗糙凸峯嵌入較軟金屬的表面，在障擦時也會增加滑動阻力。因此，摩擦力可以近似地等於剪斷金屬粘結點時所需的剪切力。

設粘結點部分的剪切強度為

，則摩擦力

為：

則摩擦係數

為：

由上兩式可知，摩擦力的大小僅與法向負荷成正比，而與實際接觸面積無關。摩擦係數取決於材料的機械物理性能：與剪切強度成正比，與壓縮屈服極限成反比。 ^[3] 

用於描述幹摩擦接觸面間摩擦阻尼特性的數學模型有很多種，最常用的有宏觀滑移模型和微動滑移模型。

其中宏觀滑移又稱為整體滑移模型，即假設接觸面內所有接觸點的正壓力都相等，可看作單點接觸模型。它又分為“Sgn模型”（關於相對滑動速度的不連續函數 ）和 “遲滯模型”（關於滑動位移滯後的連續函數）。其後,，有大量學者對此模型作出改進。王親猛考慮 了接觸面正壓力的諧波變化特性，分析接觸面摩擦力的非線性特性；徐自力考慮動、靜摩擦力的差別,，對 Oden摩擦模型進行修改和完善；謝永慧考慮接觸面正壓力在葉片振動過程中發生變化且摩擦面會產生脱離。但工程計算中多采用正壓力不變的滯後滑移模型，這種模型簡單又能描述出摩擦接觸的基本特性，便於分析，在工程中得到廣泛的應用。

與宏觀滑移模型不同，微動滑移模型相對複雜，能夠較為準確的描述接觸面處於大正壓力載荷和小相對運動位移時的摩擦阻尼特性。微動滑移模型又稱為局部滑移模型，它描述的接觸面為多點接觸, 在摩擦面之間出現整體滑移前，就存在接觸面部分滑移現象，即葉片振動可能只導致部分接觸點發生滑移，而其它接觸點保持黏滯狀態。微動滑移模型主要有兩種型式：串聯和並聯。並聯滑移模型摩擦力表示為葉片位移的函數，比串聯模型更適合進行動力分析，工程應用中往往選擇這種模型進行分析。 ^[4]