研究動態接觸下各種顆粒材料的物理動力學特性問題在各種工業過程中都非常重要。了解這些材(cai)料的(de)特(te)定物理(li)特(te)性(xing)有助于(yu)設計(ji)各種(zhong)工藝流程(cheng)。它還影響許(xu)多設備的(de)構造設計(ji)和(he)解決方案，例如顆粒(li)材(cai)料的(de)結塊、研磨(mo)、運(yun)輸和(he)儲存。

事實上，顆粒材料整體宏觀響應的決定因素受其性質、形狀和微觀尺度顆粒尺寸分布的影響。顆粒(li)形狀必須在承受復雜的(de)機械梯(ti)度應(ying)力(li)狀態(tai)的(de)宏(hong)觀(guan)尺度流動的(de)顆粒(li)間接觸力(li)學演化中發揮作用。晶粒(li)棱角和顆粒(li)表(biao)面粗糙度的(de)增(zeng)加導(dao)致材料在宏(hong)觀(guan)尺度上的(de)內耗增(zeng)加。

表征這些材料在加工和運輸過程中的行為的最重要參數之一是摩擦力。在最簡單的方法中，可以通過測量摩擦力（與測試樣品運動方向相切的力）或摩擦系數（摩擦力與負載的商）來分析摩擦現象。然而，這種方法不足以理解摩擦現象。由于該過程的多因素條件和所分析材料的高度可變性，與顆粒狀谷物材料的摩擦描述相關的問題非常復雜。因此，有必要考慮和了解個別因素對摩擦現象（壓力、速度、濕度、顆粒形狀等）的影響。

本(ben)文僅部分回答(da)了這些問題(ti)(ti)。這些基本(ben)問題(ti)(ti)是(shi)：

?是什(shen)么決定了(le)顆粒在(zai)摩(mo)擦過程中的具體行為（內摩(mo)擦、外摩(mo)擦）？

?谷(gu)物的(de)摩擦面(mian)積(ji)難以獲取？

?哪種谷(gu)物(wu)的摩擦過程更具確定性（周期性）？

?何時(shi)會發生不變的不穩定性（摩擦力）？

?為(wei)什么摩擦過(guo)程的(de)周(zhou)期現(xian)象(xiang)是多參數的(de)，因此很復雜？

在顆粒材料相同的情況下，顆粒的形狀、顆粒取向和壓力（壓力）是非常重要的方面。根據這些因素的具體組(zu)合，最容易觀察到本(ben)文(wen)中描述的現象（即周期性(xing)自組(zu)織摩擦過程）（即自鎖、非球形顆粒形狀）。

對于低滑動速度，在兩種材料之間的摩擦（干摩擦、半干摩擦）期間，經常觀察到摩擦振動（不穩定力），當超過臨界速度時，摩擦振動消失。在文獻中，這種現象被稱為“粘(zhan)滑(hua)”，是由材料與表面的(de)瞬間“粘(zhan)附(fu)”引起的(de)，隨后是接觸斷裂和滑(hua)動(dong)。

試驗臺(tai)(tai)配(pei)備有以鋼板為底座的水平工作臺(tai)(tai)。將顆粒材料置于底部尺寸為 150 × 200 mm 的無底容(rong)器(qi)中。通過步(bu)進電機強制(zhi)進給，并(bing)通過測力傳感(gan)器(qi)測量力值。適當的軟(ruan)件允許實(shi)時控制(zhi)速(su)度、力和壓力值。

該研究針對與鋼板摩擦連接的一種最常見的顆粒狀谷物材料（即小麥）進行。被(bei)測谷物(wu)的(de)水(shui)分含量為9%。小(xiao)麥與(yu)鋼板的(de)接觸(chu)面(mian)為150×200mm的(de)長(chang)方形(xing)。考慮到(dao)晶(jing)粒(li)(li)的(de)大小(xiao)及(ji)其統計組(zu)織，與(yu)鋼板表面(mian)接觸(chu)的(de)晶(jing)粒(li)(li)平均有 1990 個。

摩擦力變化的性質非常清楚地揭示了被測材料之間的粘滑現象（摩擦力有規律的周期性變化），這在最低測試速度下最為明顯。

為了描述摩擦力的變化并確定粘滑現象的范圍，提出了兩個參數，即Ap（摩擦曲線的平均振幅）和Pf（摩擦力的平均周期距離），為分析摩擦力曲線的變化而提出的另一個參數是“齒”的平均峰值角β。

總的來說，我們可以說摩擦力的周期性現象與周期性能量儲存和周期性釋放的過程有關。這種能(neng)量(liang)的(de)(de)來(lai)源(yuan)可能(neng)因(yin)所考慮的(de)(de)系(xi)統而異(yi)。該能(neng)量(liang)的(de)(de)一部分(fen)可以被耗散，然后摩擦力的(de)(de)規律周期性變化將不會發生。對于顆粒材(cai)料，能(neng)量(liang)耗散將與顆粒的(de)(de)連續重組(zu)（例如(ru)堆積）相(xiang)關聯。

(I) 有規律的(de)周期性摩擦(ca)過程（粘滑）。可以看到具(ju)有可重復(fu)高度的(de)規則的(de)“齒(chi)型”。

(II) 無規(gui)律(lv)的(de)(de)(de)周(zhou)期性摩擦過程。“齒型(xing)”是可見的(de)(de)(de)，但它(ta)們的(de)(de)(de)高度之間存(cun)在明(ming)(ming)顯差異。第(di)一(yi)個“齒型(xing)”和其他(ta)“齒型(xing)”的(de)(de)(de)高度之間的(de)(de)(de)差異明(ming)(ming)顯增加（運動開(kai)始 - 靜摩擦）。

(III) 沒有周期性(xing)的(de)摩擦(ca)過(guo)程。摩擦(ca)力(li)圖(tu)變得相(xiang)對平(ping)滑(hua)。樣(yang)品開始時可見的(de)力(li)峰值（靜摩擦(ca)）。下一階段相(xiang)對穩定（動(dong)摩擦(ca)）。