用散射光测量光滑金属表面的粗糙度

光滑表面散射光的角度分布包含了表面的粗糙度信息，即散射光的分布与粗糙度的均方根值Ｒｑ和自相关长度１值有关。本文用半导体激光器测量了金属表面散射光在入射平面的角度分布。用最佳曲线拟合法计算出表面粗糙度的均方根值Ｒｑ和自相关长度１。     

不同润滑状态下表面粗糙度对人字槽密封性能的影响

为研究端面形貌对液膜密封密封性能的影响,在人字槽液膜密封端面结构的基础上,建立考虑密封表面粗糙度的数学模型,采用端面形貌表征值(微凸体周向与径向的长度比)和表面粗糙度标准差(综合表面粗糙度的均方根偏差)表征粗糙参数,分析不同润滑状态下表面粗糙度参数对人字槽密封性能的影响。计算结果表明:在混合摩擦状态时,随着端面形貌表征值的增加,摩擦因数和泄漏量逐渐减小,液膜承载能力变大;随着表面粗糙度标准差的增加,摩擦因数和泄漏量变大,液膜承载能力下降;在全液膜密封状态时,随着端面形貌表征值的增加,摩擦因数不变,泄漏量减小,液膜刚度先增大后略为减小;随着表面粗糙度标准差的增加,摩擦因数不变,泄漏量和液膜刚度变大。     

平面电磁波理想金属表面散射场分布及粗糙度参数关系的理论分析

在散射表面的均方根起伏小于入射电磁波长条件下,借用标量理论之正弦光栅衍射场分布结果,分析了不同粗糙度参量条件下,矢量微扰理论二级以上微扰项带来的偏差;并定性分析了由散射场微分角分布的测量,计算随机分布散射表面粗糙度参数的可信度。     

正弦波粗糙度对织构表面动压润滑的影响

为研究动压润滑状态下粗糙度对织构的影响,建立正弦波粗糙度对织构化表面影响的动压润滑理论模型,并采用有限差分法对模型进行求解,分析正弦波粗糙度幅值、波长和分布方式对织构滑移表面油膜压力分布、承载力和摩擦因数的影响。数值计算结果表明:垂直分布粗糙度对表面综合性能的提高优于平行分布粗糙度,有利于提高表面的承载能力及降低摩擦因数;粗糙度波长及幅值对动压性能的影响则与织构深度和粗糙度的分布方式有很大关系。     

三维表面形貌的逾渗特性表征

为了建立表面形貌微观结构与其功能特性之间的关系,基于逾渗理论建立了表面形貌的逾渗模型,用逾渗概率、空体集团平均大小和空体集团分布系数对三维表面形貌的逾渗特性进行了量化表征。采用数字滤波技术生成具有给定自相关函数和纹理取向的数字化粗糙表面,分析了具有相同均方根粗糙度而结构不同的三维表面形貌的逾渗特性,给出了表面纹理方向参数和自相关长度对表面逾渗特性的影响,并借助部分三维形貌参数(ISO25178)建立了表面形貌与逾渗特性参数间的量化关系。结果表明:对于各向异性表面,沿横向搜索跨越空体集团,表面逾渗发生时的表面高度、逾渗阈值和逾渗体积均随着表面纹理方向参数的增大呈减小趋势,而空体集团分布系数呈增大趋势;沿纵向搜索时,其变化规律与横向相反。对于各向同性表面,逾渗发生时的表面高度和逾渗阈值随着表面自相关长度的增大呈先减小后小幅增大趋势,而逾渗体积和空体集团平均大小呈逐渐减小趋势。研究结果为面向功能的表面形貌设计提供了理论基础。     

粗糙度各向异性对润滑接触面摩擦的影响

齿轮、轴承、凸轮等重载接触副的性能受表面粗糙度的显著影响。高负载情况下的摩擦因数与润滑接触面粗糙度的各向异性相关。测量的表面粗糙度可以分解为一系列具有不同波长、幅值的正弦表面粗糙度,因此,考虑各向异性正弦表面粗糙度,构建粗糙表面点接触瞬态弹性流体动力润滑(TEHL)模型,提出基于多重网格算法的粗网格构造新方法,提高粗糙表面润滑问题求解的稳健性。研究表面粗糙度各向异性对高负载情况下摩擦因数的影响规律。结果表明,粗糙度的各向异性影响接触面压力、油膜厚度分布、粗糙度形变量,从而影响摩擦因数。提出一个组合函数来量化粗糙度各向异性对摩擦因数的影响,表明全膜润滑到混合润滑的过渡不仅与载荷、速度等工况参数相关,还与粗糙度各向异性相关。     

利用功率谱密度函数表征光学薄膜基底表面粗糙度

光学表面的表面粗糙度通常利用两个传统参数方根粗糙度σ和相关长度l来进行表征。主要就如何引入功率谱密度函数(PSD)表征表面微观形貌进行了初步研究。说明了一维和二维功率谱密度(PSD)函数的数学计算方法、PSD函数的物理意义,同时给出了PSD函数与传统的表面评价指标σ和l之间的关系。利用不同仪器对多种样品进行测试,在分析比较测试结果的基础上,总结了利用PSD函数评价光学表面粗糙度的优点。功率谱密度函数作为一个全面的光学表面评价参数,正得到越来越广泛的重视和应用。     

离子束抛光去除函数计算与抛光实验

由于传统的离子抛光工艺采用的确定去除函数的方法操作复杂且成本很高,本文提出了利用法拉第杯对离子束流空间分布进行测量、标定的方法,并计算得到不同离子源工作参数对应的去除函数。首先,基于离子束抛光材料去除原理,研究了离子束抛光过程中束流分布与能量对去除函数的影响,并提出简化的离子束抛光去除函数模型。然后,设计实验并得出离子束流空间分布与去除函数相关参数间的关系,计算得到了不同离子源工作参数产生的离子束流对应的去除函数。对硅和融石英玻璃的相关实验表明:利用法拉第杯扫描结果计算相同材料的去除函数的单位时间体积去除率与实际测量值误差小于2%。结合抛光实验,对Φ800mm碳化硅表面硅改性层平面镜进行抛光,得到的初始面形误差均方根(RMS)值为57.886nm,两次抛光后RMS值为11.837nm,收敛率达到4.89,满足精密光学加工对去除函数的确定性及精度的要求,并大大提升了确定去除函数的效率。     

过流部件粗糙度对船用离心泵振动特性的影响

针对立式船用离心泵内部流道粗糙度不同的情况,对其进行数值模拟,选取0,1.6,3.2,6.3,12.5,25.0,50.0 μm为叶轮壁面粗糙度变量参数,采用CFD方法计算泵内流场并通过提取蜗壳及叶轮表面的压力脉动作为振动激励,通过LMS Virtual lab进行泵体振动响应计算,探寻不同过流壁面粗糙度对船用泵外特性以及振动的影响规律。研究结果表明:随着粗糙度的增加,船用泵外特性呈现线性下降的趋势;泵体内表面流体诱发振动特征频率完全一致,主频为叶频,谐频为轴频以及倍叶频;粗糙度的变化对低频带振动影响较大,且粗糙度对叶频及其倍频幅值变化影响较大。     

基于随机孔隙模型的CFRP孔隙率超声检测研究

为解决碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced plastics,CFRP)孔隙率超声衰减法检测中,理论值与试验值存在差异的问题,基于随机介质理论,建立CFRP孔隙特征的数学描述方法。该方法利用极值搜索法对椭圆形自相关函数随机介质构造方法进行改造。通过正交试验分析各构造参数对随机孔隙构造结果的影响,并利用CFRP试样的大量孔隙形态及分布统计数据,对自相关长度ab、自相关长度比r0=a/b及分区边长D等参数进行优化,最终构建CFRP随机孔隙模型。研究发现,随机孔隙模型能够反映孔隙的形貌及分布等随机特征,为研究CFRP孔隙对超声波的散射作用提供理论依据。根据此模型计算出的超声衰减系数与孔隙率对应关系与试验结果之间规律一致。表明该随机孔隙模型能够很好地表征CFRP的整体弹性性能及由随机孔隙引起的局部弹性微扰。