工业生产过程中材料或器件的摩擦磨损现象无法避免,其导致的能源损耗以及仪器设备损坏等问题日益凸显。为此,学者们提出了不同的摩擦调控方式,如改变接触形式,更换摩擦副材料,改变润滑状态等,并取得了一定突破。然而,传统的摩擦调控方式只能单方面增大或减小材料及器件表面的摩擦特性,无法根据其所处环境、使用条件进行在线且可逆的调控,一定程度上阻碍了仪器设备的智能化发展。如何能对器件之间的相互摩擦,尤其是两物体表面的滑动摩擦行为进行智能控制成为了亟待解决的关键问题。磁敏橡胶因其具备优良的磁控特性,为磁场控制摩擦、优化器件的减摩抗磨能力、提高机械装备的工作效率和使用寿命提供了可能。因此,本文以磁敏橡胶为研究对象,针对其目前磁控摩擦机理尚不明确、实验不够完善等问题,从宏微观相结合的角度探究了磁敏橡胶磁控滑动摩擦机理,并结合理论模型对磁敏橡胶的磁控滑动摩擦机理的变化进行了解释,为磁敏橡胶可控滑动摩擦特性的工程应用奠定了理论基础。本文的主要研究内容如下:1.阐述了磁敏橡胶磁控摩擦特性的研究背景及意义,介绍了磁敏橡胶目前的研究进展,重点对磁敏橡胶磁控滑动摩擦特性的研究现状进行了分析,总结了复合材料在磁场作用下的滑动摩擦机理,指出了现有相关研究中存在的不足,提出了本文的研究工作。2.分析了磁场作用下可能对磁敏橡胶滑动摩擦特性产生影响的因素,利用白光干涉仪对磁敏橡胶的初始表面形貌进行了观测。结合接触理论模型与摩擦二项式定律对磁敏橡胶与摩擦副之间的接触力学行为以及滑动摩擦特性进行了描述。选取表面粗糙度、弹性模量为引起磁场作用下磁敏橡胶表面摩擦特性变化的重要参量,制定了磁敏橡胶磁控滑动摩擦机理的详细研究方案。3.构建了磁敏橡胶单一材料的有限元模型,从微观角度分析了表面粗糙度与弹性模量的变化情况。仿真计算表明,由于磁场作用下磁敏橡胶内部铁磁颗粒间产生的相互作用,磁敏橡胶表面粗糙度与弹性模量均产生了不同程度的变化。进一步建立了磁敏橡胶与摩擦副的相互摩擦模型,探究了磁场作用下表面粗糙度以及弹性模量的可变特性对其滑动摩擦性能的影响。结果表明,表面形貌以及弹性模量的变化均会导致磁敏橡胶表面摩擦特性改变。4.制备了不同初始形貌的磁敏橡胶样品,设计并搭建了磁敏橡胶的表面观察实验平台,同时结合实验室现有台架从宏观角度对磁场作用下磁敏橡胶的表面轮廓、力学特性以及滑动摩擦特性进行了测量。实验结果表明,磁场作用下磁敏橡胶表面轮廓与弹性模量均会变化,变化趋势与仿真结果一致。受到磁敏橡胶表面形貌以及弹性模量变化的影响,在250mT磁场作用下,不同初始形貌的磁敏橡胶样品表面的摩擦系数均减小,初始表面光滑的样品摩擦系数可调范围较大,颗粒体积比为15%的各向同性磁敏橡胶,摩擦系数变化程度最为显著,由0.98变化到0.75,变化率高达23.3%;初始表面粗糙的样品摩擦系数可调范围较小,其中,摩擦系数变化相对较为明显的是颗粒体积比为15%的各向异性磁敏橡胶材料,由初始的0.52减小至0.47,变化率仅为9.7%。5.基于磁偶极子理论对磁敏橡胶在磁场作用下的表面粗糙度以及弹性模量变化进行了理论分析,解释了磁敏橡胶表面形貌变化趋势受初始表面粗糙程度影响的仿真与实验现象,同时对磁敏橡胶弹性模量的增大趋势进行了验证。根据弹性接触理论与摩擦二项式定律,建立了磁敏橡胶滑动摩擦特性与表面粗糙度、弹性模量的关系式。理论分析表明,磁敏橡胶在磁场作用下的滑动摩擦特性受到表面粗糙度与弹性模量变化的耦合影响,其中弹性模量的变化范围较大决定了磁敏橡胶摩擦系数的减小趋势。表面粗糙度的变化对其减小的程度进行调节,与滑动摩擦实验结果一致,揭示了磁场作用下磁敏橡胶的可控滑动摩擦机理。