基于空气静压导轨气膜支撑区气体分子运动和碰撞规律,提出气膜分层理论,沿气膜高度方向将气膜划分为近壁层、稀薄层、连续流层,提出划分稀薄层和连续流层的依据,建立物理模型并提出相应控制方程。基于空气静压导轨气膜压力递减及气体流速变化规律,将气膜沿长度方向划分为压力驱动区和牛顿摩擦区。通过LAMMPS和FLUENT等仿真气膜支撑区气体流态并计算其流速和压力,得出了相关结论：气膜沿长度方向分为压力驱动区和牛顿摩擦区,沿高度方向分为近壁层、稀薄层、连续流层;气膜分层存在于压力驱动区和牛顿牛顿摩擦区;压力驱动区的气膜分层随气体流速的减小而变弱,牛顿摩擦区的气膜分层保持稳定。

为了阐释空气静压导轨气膜间隙处在微小尺度所体现的特性，引入努森数（Kn），计算了不同工况下气膜内压力和不同气膜厚度下勋数的变化关系。引入支撑区气膜分层假设，与分子动力学相结合，对气膜内不同流态层的刚度进行了实验和分析。通过ANSYS仿真和实验数据相结合得出了结论：气膜内稀薄效应的增强，可以一定程度上提高气浮支撑的静承载能力。气浮支撑的刚度特性和气膜内部分层情况有关：以分子碰撞运动为主的稀薄层主要起容性效应，实现分子间动量的传递和转化，因此该层所体现出来的刚度较差；以惯性力驱动的连续流层内部分子运动比较稳定，特别是在垂直方向不存在显著的动能和压力能之间的转化，因此该层的刚度特性较强。实验证明，气膜厚度在1～10μm时，气膜的刚度先增大后减小，也间接论证了静压支撑的刚度特性主要...