动态接触问题的先进理论、模型及数值模拟技术,探索高速重载精密轴承多场耦合相互作用下,复杂界面系统的表面几何拓扑结构、润滑剂、轴承运动条件以及轴承材料的性能等对界面局部与整体动态接触的影响规律；研究润滑、接触区域的演化、疲劳、摩擦与磨损的动态长期发展的累加效应及其对界面耦合场动态演化的行为规律，为发展高速重载精密轴承设计、加工与应用技术提供理论基础和科学依据。 重点研究:
轴承复杂界面系统相互作用下的接触理论与疲劳失效机理； 宏微观拓扑结构对其摩擦学行为长期演化影响的规律；
混合润滑状态下微观动态接触系统动力学行为及其长期运行的精度保持机
制；
轴承真实工况试验与理论预测有效结合及轴承远期性能发展的预测； 急速启停工况轴承系统动态接触行为对轴承可靠性影响规律的研究。 研究内容2：高速重载精密轴承润滑机理及热失稳机制
高速重载精密轴承服役条件多样，多数工作条件恶劣、服役期长、维修困难，要求轴承具有非常高的运行精度和寿命。摩擦副长期处于高压和高剪切状态，易造成接触区弹塑性变形、持续高温、润滑膜破裂和热失稳，最终导致界面因润滑失效而严重磨损，形成多重模式失效。轴承运动副表面润滑介质的供给和分布对润滑性能和运行精度产生重要影响。而高速重载及由此引起的系统动力学行为也将显著影响轴承运动副界面的间隙和摩擦特性。研究高速重载工况对摩擦副表面结构、润滑剂供给和分布、润滑性能演变、摩擦副损伤及润滑失效行为的影响规律是高性能轴承运动界面设计与结构优化设计的基础。本课题将研究润滑介质的精确供给和分布对润滑性能的影响规律，考察润滑膜热失稳的发生机制，在建立全尺度多因素耦合润滑接触模型的基础上研究接触区局部压力、膜厚、温度和表层应力的空间分布及时变规律，探索润滑膜局部失效与表面温度的关系，并建立接触表面－润滑剂所组成的摩擦系统由局部润滑失效发展为整体失效或转向稳定润滑的条件；同时发展真实条件下滚动轴承润滑性能参数的测量技术，对建立的理论体系进行验证，为轴承的性能评价和检测提供基础理论。 重点研究:
(1) 滚动轴承接触界面全尺度多因素耦合润滑接触建模；
(2) 高速重载条件下滚动轴承的油膜润滑机理及界面参数影响规律研究； (3) 高速重载工况下滚动轴承接触界面流体润滑的热失稳机制；
(4) 轴承工作条件下润滑介质在运动界面的分布规律和成膜机理研究； (5) 真实条件下滚动轴承润滑油膜的测量技术及相关机理研究。 研究内容3：轴承多重润滑膜生成机理及新型轴承润滑材料设计
滚动轴承的润滑主要通过使用润滑材料以恰当的方式在轴承摩擦表面构筑润滑膜来实现，润滑膜的生成与失效行为特征直接影响轴承的工作性能。高速、重载、精密轴承系统通常工作于苛刻工况（复杂多变的速度、载荷、温度谱）及恶劣环境（如强腐蚀、水淋、化学介质、粉尘、深海环境、高空、空间等）的动力及传统装臵，此时，轴承润滑膜生成及失效行为将发生重大变化，滚动面的组成及微纳米结构、润滑剂的分子及微纳米结构、润滑剂与滚动面的界面相互作用
等均会对滑膜生成及失效行为产生重大影响，并最终决定高速、重载、精密轴承系统的性能与使役行为。本课题通过对轴承润滑材料分子与微观结构及轴承复杂运动导致的多种物理化学过程对轴承润滑膜生成与失效行为影响规律的研究，发展轴承表面多尺度微/纳复合结构自适应固体润滑薄膜构筑的新原理和新方法，探索具有极端条件适应性和表面损伤自修复性的轴承润滑剂结构设计制备新理论与新方法，建立基于固-液耦合多重润滑的高可靠自适应润滑技术的相关理论，系统研究它们在极端条件下与环境相互作用规律，最终形成极端条件及多变工况中润滑材料性能优化及可靠性增长的相关理论，为高速重载精密轴承系统提供先进轴承润滑材料方面的理论与技术支持。 重点研究:
(1) 极端工况条件下多重润滑膜生成与失效机理； (2) 构件表面微纳复合结构固体润滑薄膜构筑； (3) 极端条件适应性轴承润滑介质的设计与制备； (4) 固-液多重复合润滑体系的设计及服役行为； (5) 新型润滑材料与服役环境相互作用的机制。
科学问题二：高速重载精密轴承组件的控形控性制造
高性能滚动轴承要求在高速重载条件下长期保持高精度和工作状态稳定性，这种高精度和工作状态稳定性取决于轴承组件几何精度及其稳定性和基体材料组织性能及其稳定性。所以，通过制造获得高精度、高性能和高稳定性的轴承组件，是轴承控形控性制造的目标。
轴承组件的基本制造工序有材料制备、塑性成形、热处理和磨削等，具体制造工艺流程由这些基本工序交叉复合而成，典型工艺流程为：材料制备-加热-锻造制坯-软化处理-精密轧制成形-淬火回火-磨削-研磨。轴承组件在每步工序中均受到时变的热、力或热力耦合作用，将会产生非线性的温度场、应力场和复杂的温度变化历程与应力变化历程，使得轴承组件的宏观几何形态、微观金相组织状态、金属流线走向与残余应力分布等产生显著变化，进而导致轴承的几何精度、精度稳定性和抗疲劳性能等随之发生显著改变。因而，轴承组件几何精度、基体材料组织性能及其稳定性在各工序之间发生复杂的遗传和演化作用，这种遗传演化结果与原材料组织性能、制造工艺和过程的条件等因素密切相关，并且直接决定了轴承的服役性能和使用寿命。针对轴承组件的这些复合交叉工序全过程，开展轴承组件材料成份和组织设计，揭示在热处理、轧制和磨削等各工序中轴承组件的宏观几何精度变化机制、表面物理机械性能变化规律与微观材料组织状态遗传演化机理，建立基于整个制造过程的轴承组件基体材料微观组织和表面状态控制理论和设计方法，这是高性能滚动轴承控形控性制造亟待解决的关键科学问题。本课题将围绕高速重载精密轴承控形控性制造关键科学问题展开研究，主要内容包括：
研究内容4：轴承材料热处理工艺与组织性能调控
轴承钢材料的质量和热处理很大程度上决定了基体材料组织性能及其稳定性，进而影响轴承组件的几何精度和精度稳定性。现有的各种轴承热处理研究侧
重于过共析碳化物形貌的控制、奥氏体晶粒细化等属细观尺度上的组织调控，随着主机的重型化、高速化、精密化，轴承的使用环境越来越多样化，对轴承性能的要求也越来越苛刻，轴承材料热处理工艺需要在亚微米、纳米尺度对轴承钢材料进行组织精确调控，通过控形控性制造，获得高精度、高性能和高稳定性的轴承组件。
本课题首先研究基体材料的成分调整和新型热处理工艺,从纳米尺度研究材料组织及其性能的调控机制；针对高速重载精密轴承组件在复杂苛刻服役条件下所需要的性能场、残余应力场等要求，为确保在材料制备和热处理过程中获得所要求的成分分布和组织场，必须建立热力耦合作用下的组织演变模型，对热处理过程中温度场、组织性能场和残余应力场的相互耦合进行计算机数值模拟，指导进行精准的热处理工艺控制、组织和性能预测；然后，各种苛刻服役条件对轴承组件的性能要求是不同的，在基体材料组织精确调控和多场耦合条件下组织演变模拟的基础上，本课题针对不同服役条件下轴承组件所需的组织和残余应力场进行针对性的精确调控，最大限度保证轴承组件在不同服役条件下的精度和精度稳定性；最后，结合现代材料表面改性技术和工艺控制技术的发展，在高性能轴承组件制备过程中，研究精准渗碳、渗氮和激光熔覆等技术，进一步提升高速重载精密轴承组件的性能和寿命；同时，对轴承材料纳米尺度的组织调控和性能相关性研究中，离不开全制备工艺过程、多尺度的组织表征，以及材料本身的可靠性和热处理工艺相关性的系统研究。 重点研究:
(1) 新型热处理工艺过程中纳米尺度的组织和性能控制机理；
(2) 热处理过程中温度场、组织性能场和残余应力场耦合条件下的计算机数
值模拟；
(3) 针对不同服役条件下组织和性能精准调控及其工艺原理； (4) 不同服役条件下表面改性技术应用的基础研究； (5) 微纳多尺度的组织表征和材料可靠性研究。 研究内容5：轴承滚道基体组织与表面状态可控性制造
轴承滚道是滚动轴承工作时承受负荷的工作表面，轴承滚道的加工质量直接影响轴承使用时的服役性能和工作寿命。轴承滚道的接触疲劳破坏是其主要的破坏形式，其机理是微裂纹发生和扩展的结果。导致裂纹产生的主要原因是接触表面完整性、表层材料缺陷及应力分布状态。针对轴承服役条件对轴承滚道基体组织和表面状态的要求，分析轴承滚道服役过程中材料组织状态损伤演化、裂纹萌生扩展、疲劳断裂机制，阐明轴承滚道基体材料组织和表面状态与疲劳性能间的联系，建立高速重载条件下高疲劳性能的轴承滚道材料组织状态设计方法和准则；揭示轴承套圈轧制过程中材料晶粒、碳化物组织状态与金属流线的遗传演化机理；建立滚道基体组织和表面状态的可控轧制工艺规划；深入研究磨削加工中磨粒与滚道表面的微观作用机理及磨削热、力、金属相变耦合作用；探讨热、力、相变的耦合作用对滚道表层基体组织、金属流线和残余应力分布的影响规律；利用可控的冷却技术和磨削工艺参数，实现磨削比能、磨削力、磨削温度场和温度变化历程的可控磨削加工，抑制二次淬硬层和高温回火层的产生，实现滚道表层残余应力分布的可控磨削；研究磨粒冲击强化和工艺可控机理，获得理想的磨削强化表面；建立基于整个制造过程的轴承滚道基体材料微观组织和表面状态控制理论与设计方法，为高速重载精密轴承控形控性制造技术提供基础理论支撑。
重点研究:
(1) 轴承滚道基体材料组织状态的设计方法和准则；
(2) 轴承滚道成形过程中基体材料组织和表面状态遗传演化机理； (3) 轴承滚道基体材料组织和表面状态可控性轧制工艺规划； (4) 磨削过程中磨粒与工件表面的微观作用机理；
(5) 磨削过程中变质层和残余应力的形成与可控机理； (6) 表面强化层的形成与工艺可控机理。
科学问题三：复杂工况下轴承服役性能创成
滚动轴承的服役性能是轴承内部的几何关系、运动关系在外部载荷作用下的综合体现。服役性能除了与轴承组件的宏微观动态接触和润滑行为有关，还与其装配和服役工况密切相关。旋转精度是服役性能最主要指标，由于轴承组件在尺寸、宏微观形貌及滚动体在轴承中分布的随机性特点，以及轴承内部在多体、多接触界面条件下存在的复杂摩擦与润滑行为，使得旋转精度呈现典型的“不可重复性”，其形成机理无法用传统的刚性尺寸链理论及相关的解析方法揭示。
另外，轴承服役性能与轴承工况之间存在非线性强耦合关系。在既定的装配载荷和预紧载荷作用下，工作载荷的作用使轴承的游隙、组件变形量、微观形貌发生变化。轴承游隙过大或过小，引起轴承的振动或发热，组件的变形则会导致轴承的尺寸精度下降，造成旋转精度下降，而轴承内部接触表面的微观形貌改变使得润滑膜减薄、轴承磨损和摩擦加剧，造成服役性能的退化。并且，轴承的温升与温度分布状态引起的组件热变形和摩擦加剧，进一步引起温度的升高，使得轴承的工况和服役性能之间呈现闭环正回馈效应。从而会导致轴承服役性能随工况改变而产生波动。
由于目前对轴承工况与服役性能之间的耦合机理的研究还不够深入，无法解释高速重载等极端工况下轴承的行为特征。因此在明确滚动轴承润滑接触机理与控形控性制造技术的基础上，进一步研究轴承组件宏微观几何特征、装配方式、服役工况等与轴承性能之间的非线性耦合关系，揭示服役工况下轴承旋转精度与服役性能的创成机理，对于指导高性能滚动轴承组件的精度设计、轴承装调工艺有非常重要的理论与科学意义。
研究内容6：高速重载精密轴承服役性能控制研究
在重载、高速、冲击等服役条件下，高性能轴承的宏观几何尺寸以及微观结构形貌产生非线性变形，引起内部间隙、载荷分布的变化，影响到轴承旋转精度，并由滚动体运动产生的动载荷引起接触区应力以及润滑状态变化，从而影响了轴承的摩擦、振动、运动等行为。从轴承组件制造到装配成轴承，轴承安装到工作主机，直至轴承在主机上产生复杂动力学行为这一过程是轴承服役性能逐步形成的过程。且由于轴承服役工况的复杂性和随机性，除了有精确的设计与制造保障外，还必须进行服役性能的在线调控才能满足服役性能的实际需求。通过对轴承设计、制造、服役过程的观察、实验、分析、验证，弄清所发生的力学、物理与化学行为的本质，揭示多场强作用下轴承服役性能的创成机理，是实现面向工况的轴承精度设计和服役性能的在线调控的基础。基于滚动轴承润滑接触理论的研究，结合本课题的研究成果提出高速重载滚动轴承技术原型。
重点研究:
(1) 复杂工况和服役状态的建模； (2) 轴承精度设计与旋转精度创成；
(3) 服役性能创成与智能调控基础研究； (4) 高性能滚动轴承技术原型。