摘要：德国科学家Michael Moseler近日获得欧洲研究委员会（ERC）高级研究员资助，项目金额高达250万欧元。

引言

德国科学家Michael Moseler近日获得欧洲研究委员会（ERC）高级研究员资助，项目金额高达250万欧元。

未来五年，他将在“LubeTwin”项目中主导一项关键研究：构建一套面向高负载润滑接触的数字孪生系统，用以精准描述极端工况下的润滑行为，并将其转化为可部署的工程建模工具。

Moseler是德国弗赖堡弗劳恩霍夫材料力学研究所（Fraunhofer IWM）摩擦学业务单元负责人，同时任职于弗赖堡大学，担任功能纳米系统仿真教授。

其所在研究所隶属于全球最大的应用研究组织——弗劳恩霍夫协会（Fraunhofer-Gesellschaft），在材料行为、表面技术与工程仿真等领域具有广泛影响。

本次项目由ERC高级研究员资助计划（ERC Advanced Grant）支持，该资助被誉为欧洲科研界的至高荣誉，专为在科学探索中提出突破性构想、并具备长期学术积累的顶尖科学家设立。

工程困境暴露：

摩擦的能耗黑箱仍未被打开

在现代机械系统中，摩擦既不可避免，也极其代价高昂。即便已有高性能润滑剂、表面涂层等成熟方案，但摩擦仍占据全球能源消耗的约20%。

Moseler团队认为，这一数据反映出当前在摩擦控制方面仍有大量未被释放的节能潜力。

这一问题在滚动轴承、齿轮副等高负载摩擦系统中尤为突出。

随着工程设计不断逼近材料与结构性能极限，接触区逐渐从“流体润滑”进入“边界润滑”状态，即润滑膜厚度仅剩数个原子层，甚至在局部被完全排出接触面。

在此极限条件下，传统的热-弹-流体动力润滑模型（TEHL，即同时考虑温度、弹性形变与流体特性的复合模型）难以再准确描述润滑行为，预测性能与磨损寿命更是力不从心。

LubeTwin项目正是面向这一“理论空窗区”提出：开发一种能在原子尺度下仍具物理预测能力的全新建模工具，以支持未来关键部件在极端工况下的结构设计与能效优化。

建模路径解析：

从原子到系统的跨尺度融合

实现这一目标的关键，是打通原子尺度的物理机制与系统级工程建模之间的“尺度鸿沟”。

为此，LubeTwin团队将构建一套跨尺度仿真框架，从分子动力学、材料建模到连续介质建模，层层连接，逐步推进。

项目将使用极大规模分子动力学模拟，捕捉润滑剂在纳米级间隙中发生的黏度变化、固化润滑膜的滑移行为等原子尺度现象。

这些现象此前难以实验观测，如今正通过计算模拟被逐一量化，并转化为可用于工程分析的物理规律。

团队还将聚焦润滑膜在数GPa高压、几纳米厚度下的流变行为与摩擦化学反应（即润滑剂与接触表面在高载荷下发生的化学反应），建立精确的本构方程组。

这些本构方程将被嵌入到连续介质框架中，构成热-弹-流系统的一部分，从而实现宏观结构中的润滑状态预测。

为应对模拟复杂性，项目还将部署自动化高通量工作流与新一代机器学习原子间势函数（MLIPs，用于加速原子模拟计算，在保持高精度的同时显著降低计算成本）。

该建模策略的核心假设是：即便润滑膜极薄，只要原子级机制足够明确，仍可构建连续介质模型。这一认知的验证，或将重塑高负载摩擦理论的基础边界。

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从理论到部署：

两大关键门槛尚待跨越

过去几年，Moseler团队已完成一系列初步模拟工作，初步验证了其多尺度建模方法在某些润滑剂系统下的预测准确性。

尤其在润滑剂流变性能的建模方面，团队已积累了高度精细的参数化成果。

然而，要将这套方法真正推广至工业应用场景，还需跨过两个关键门槛：一是拓展至更广泛的工业润滑剂体系，二是系统性引入“摩擦化学”机制。

以往由于模型复杂性与计算资源限制，这部分往往被简化处理，而如今，随着AI驱动的原子力场建模技术快速发展，将摩擦化学机制纳入模拟框架已具备可行性，为LubeTwin模型增添关键深度。

工程价值兑现：

向“可用、可扩展”工具迈进

LubeTwin不仅是一项科学研究，更是一套面向工程落地的解决方案。

Moseler表示，团队将在项目执行期间开发一个基于Python的数字建模工具包，支持对高负载摩擦接触系统（如滚动轴承、齿轮副）进行润滑状态建模、结构优化与磨损预测，并面向工业界免费开放，支持开发者进行定制化集成。

该工具将在五年内完成从原子层级物理过程的建模，到系统设计层级的部署应用，构建一个闭环式建模与应用链条。

未来，它将为机械设备、车辆系统和工业装置提供一套兼具科学精度与工程实用性的建模基底，助力实现更高的能源利用效率与运行可靠性。

项目结束后，LubeTwin团队还将持续提供支持服务，推动该工具在汽车工业、装备制造、能源设备等多个领域的实际应用，为高能耗工况中的润滑优化与设计迭代提供长期助力。

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来源：德国工业智库一点号