基于分形理论多孔质石墨渗透率的研究

针对用于多孔质气体静压轴承的多孔质石墨结构的复杂性,从其结构形成机理出发,利用分形几何理论, 对多孔质气体静压轴承性能的影响起至关重要作用的渗透率进行研究,并建立多孔质石墨渗透率与其分形维数之间的定量关系,使多孔质石墨的宏观参数与微观结构建立联系。利用Matlab软件编写的程序,对多孔质石墨的组织结构进行分析,确定孔隙的分形维数,通过模型求得多孔质石墨的渗透率,并通过试验验证了模型的正确性。     

基于分形理论的多孔质气体止推轴承倾斜研究

多孔质节流器表面孔隙分布的不均匀性会导致多孔质气体轴承的倾斜。为寻找一种合适的方法来评价渗透率分布对多孔质轴承倾斜的影响,通过图像采集得到多孔质节流器表面孔隙的局部分形维数,然后利用局部分形维数的分布情况来评价渗透率的不均匀性,并提出分形维数分布向量来评估多孔质轴承的倾斜。通过实验测量多孔质轴承工作状态下的倾斜角度和方向。实验结果表明,该方法可以在不破坏多孔质节流器的情况下很好地预测多孔质轴承的倾斜:局部分形维数分布越集中则表明多孔质节流器的渗透率越均匀;根据分形维数分布向量的模可判断出轴承倾斜的角度大小,轴承倾斜的方向和分形维数分布向量的方向和达到了很好的吻合。     

多孔质气体静压径向轴承倾斜状态特性研究

为研究倾斜状态对多孔质气体静压轴承性能的影响,基于一维流动模型应用有限元方法对多孔质气体静压轴承进行数值分析,研究渗透率、初始偏心距、倾斜角度等重要因素对多孔质径向轴承承载能力和弯矩的影响。结果显示:轴承初始偏心距对轴承承载能力影响很大;在相同初始偏心距时,倾斜状态下的径向轴承承载能力随着轴承倾角的增大而增大;在相同倾斜角度时,径向轴承承载能力分别随着轴承初始偏心距和轴承渗透率的增大而增大,并且初始偏心距越大,渗透率对承载能力的影响越大。     

流体静压多孔质球面轴承静态性能分析

对流体静压多孔质球面轴承进行理论分析,给出了其有限元计算方法,同时利用实验验证理论计算的正确性。结果表明,气体静压实验数值和有限元计算结果吻合良好,实验数值和有限元计算结果之间的误差小于10%,产生误差的原因是有限元数值计算没有考虑到流体的惯性效应、速度滑移、多孔质球窝的变形以及轴承表面粗糙度的影响;气体静压球面轴承的承载能力和静态刚度明显小于液体静压球面轴承,气体静压球面轴承刚度低的主要原因是所用的多孔材料孔隙度较大,即多孔材料的渗透率较大。     

高精度气体静压轴系刚度分析

文章从多孔质气体静压轴承刚度、主轴几何刚度结构设计原则等方面论述了高精度气体静压轴系刚度的分析方法，并进行了相应的实验。实验表明石墨高精度气体静压轴系不仅精度高而且刚度高。     

多孔质石墨气体静压止推轴承静态性能分析

应用基于有限体积法的Fluent软件进行数值仿真实验,分析了多孔介质的渗透系数、厚度、直径以及气源的供气压力等因素对全多孔质气体静压轴承静态性能的影响,得出相应的关系曲线。自行设计了实验平台,实测获得了多孔质石墨气体静压止推轴承的载荷、刚度、流量等静态特性曲线。数值计算结果与实验结果具有很好的一致性,验证了该数值计算方法的可行性。结果还表明,当多孔介质渗透系数为7.95×10-15 m2,厚度为10mm,直径为45mm,且气膜间隙为3～5μm时,全多孔质石墨气体静压止推轴承静态刚度超过70N/μm。     

多孔质气体静压径向轴承的Fluent仿真与实验研究

多孔质气体静压轴承相比传统的小孔节流轴承具有更高的承载能力,更好的稳定性及便于加工等优点。应用基于有限体积法的软件Fluent分析偏心率、多孔质材料渗透率、轴承长径比和平均气膜厚度等关键因素对多孔质径向轴承静态性能的影响,分析结果显示,在给定轴承平均气膜厚度的情况下,存在最佳的渗透率区间使得承载能力最大,增加轴承长径比和减小平均气膜厚度均可以提高多孔质径向轴承的承载能力及刚度,但需要根据加工装配工艺要求及实际工况选择合适的参数。设计制造中心供气新形式的多孔质径向轴承,通过仿真得到气膜间隙的压力分布及承载能力,并通过实验验证仿真结果的正确性。仿真和实验结果表明,该结构形式的多孔质径向轴承承载性能优良。     

局部多孔质气体静压径向轴承的建模与仿真

针对目前超精密机床制造需要高承载、高刚度气体静压轴承的情况,设计出一种局部多孔质气体静压径向轴承。建立了局部多孔质气体静压径向轴承的数学模型,并仿真了各参数对轴承静态特性的影响。结果表明,选择合适的平均半径间隙、节流器直径和渗透系数、轴承直径和长度可以获得最大的承载值和刚度值。     

多孔质静压轴承概述

多孔质材料作为气体静压或者液体静压轴承的节流器具有广阔的应用前景,主要是因为相对于传统的小孔节流轴承来说,气体或液体静压多孔质轴承具有很高的承载能力,良好的稳定性和低成本等优点。本文综述了多孔质静压轴承的静态特性和动态特性的研究现状,分3个部分介绍了多孔质轴承的发展过程,给读者一个全面的了解。     

国内静压气体润滑技术研究进展

简述静压气体润滑轴承的发展,介绍国内静压气体球轴承,小孔节流、表面节流与多孔质节流静压气体轴承以及静压气体润滑数值模拟与实验研究的进展,展望未来国内静压气体轴承的发展趋势。介绍通过比例分割算法、遗传算法、相似准则等研究各型球轴承所得到的结构参数取值范围与优化设计方法等方面的研究成果和小孔节流轴承新的迭代算法与收敛判据及理论与数值计算结论与性能分析的实验数据,以及结构参数对表面节流轴承性能影响的研究成果与两种新型表面节流轴承和材料参数与结构形式对多孔质轴承性能的影响。针对静压气体轴承超声速现象和激波存在性问题,介绍轴承超声速场适用的SSTk-ω湍流模式的N-S润滑方程和在此基础上获得的数值计算与理论分析结论及试验验证所取得的研究进展,并探讨静压气体轴承入口处压力突降的现象。     

面向空气静压支承的多孔材料渗透特性研究

为提高多孔质材料渗透系数的理论计算精度,本文基于分形理论建立了渗透系数求解模型,并基于图像处理优化了分形维数的求解方法。首先,利用扫描电子显微镜拍取4种多孔材料表面图像后,使用盒维法求解分形维数并研究多孔材料图像大小和放大倍数对分形维数求解准确性的影响。其次,基于气体Darcy定律、分形理论及修正的HagenPoiseulle气体方程建立了无修正系数的渗透系数求解方程,从而完善了多孔材料分形理论计算公式。最后搭建渗透系数测量平台,基于流动状态的判定结果,验证了理论推导的正确性。结果表明:图像越大、放大倍数越低,分形维数越趋近于真实值;通过建立材料的最大孔径、最小孔径、迂曲度及分形维数与渗透系数间的无经验参数的理论关系,可使渗透系数理论计算值更加准确。通过对比渗透系数理论计算值及实验值可知,误差值为5%~8%,满足材料渗透系数测量的误差要求。本文研究为材料渗透系数的准确获取提供了新的途径。     

Coupled Effects of Fractal Roughness and Self-Lubricating Composite Porosity on Lubrication and Wear

The lubricant characteristics of porous self-lubricating composites with a realistic rough surface are incorporated into an improved elastohydrodynamic model. The evolved model demonstrates that the wear rate can be measured by examining the lubricant distribution at various fractal dimensions and porosities. The results show that the physical nature of the rough surface topography and the composite's physical properties must be understood, because the relative contact area is enlarged and friction forces are increased by the increase in the fractal dimension and the porosity. It is obvious that the method can significantly improve the lubricant properties to avoid wear by controlling these two coupled effects. The research also indicates that optimization of the design the microstructure of the porous self-lubricating composite should focus on the porosity based on the wear rather than the amount of lubricant.     

Squeeze-film narrow porous journal bearings lubricated with a micropolar fluid

Squeeze-film narrow porous journal bearings using a lubricant containing solid particle additives and characterized as a micropolar fluid were analysed. The load capacity and time of approach increase as the micropolar parameter characterizing the concentration of the microstructure imparted to the lubricant by the additives increases. The load capacity and time of approach decrease as the permeability and/or the thickness of the porous wall increases.     

分形裂纹扩展对材料疲劳行为的影响

研究了分形裂纹扩展对材料疲劳行为的影响。在实验观测的基础上建立了分形裂纹扩展模型。研究表明，分形裂纹扩展分维Ｄ是裂纹弯折角θ的函数，分形裂纹扩展在裂纹尖端由于弯折而形成“局部混合模式”和裂纹的分形长度效应均很强地影响疲劳裂纹的有效应务强度与有效裂纹扩展速率。本文的理论民一些材料的实验结果取得了很好的一致。     

多孔介质材料表面孔隙特性对吸水性能影响分析研究

建筑材料处于高湿环境中,即在有液态水环境下,如地下建筑,被雨水冲刷的外围护结构等,材料的吸水性能及干燥能力的研究对控制和解决建筑热湿引起耐久性,保温性和与湿相关问题有至关重要的作用,而材料的吸水性能及干燥能力均与材料表面孔隙大小,面积百分数和分形维数相关。本文将采用盒计数维数法及德莱塞理论分析采用进行图像处理后的灰泥SEM图。结果表明灰泥样品不同位置的表面孔隙大小分布,面积百分数及分形维数均不同。其中表面微孔较多且分形维数较大一侧接触水的灰泥样品的吸水系数为0.10107 kg/(m2.s0.5),表面微孔较少且分形维数较小一侧接触水的灰泥样品的吸水系数为0.04652 kg/(m2.s0.5),即对于多孔材料-灰泥其吸水表面微孔越多,分形维数越大,其吸水系数相对越大,吸水能力越强。     

The dynamic behaviour of squeeze films in one-dimensional porous journal bearings lubricated by a micropolar fluid

The generalized Reynolds equation governing the pressure distribution for a micropolar lubricant in a dynamically loaded porous journal bearing is derived and applied to one-dimensional squeeze film journal bearings operating under a cyclic load. The analysis indicates how the microstructure in the lubricant, the permeability of the bearing material and the bearing wall thickness influence the operating eccentricity ratio.     

非金属夹杂物分形特征研究

材料的宏观力学性能与材料的微观组织密切相关，以显微组织中离散的点状、线状分布的典型夹杂物为研究对象，用计盒维数测量了标准图谱中不同等级的非金属夹杂物图形的分形维数，考察了夹杂物等级与分维之间的关系。结果表明，非金属夹杂物可用分形维数定量描述；随着夹杂物等级的上升，分形维数变大。     

Surface roughness effect on finite journal bearings with flexible porous liners

The effects of surface roughness on the static characteristics of finite porous journal bearings under hydrodynamic lubrication conditions are investigated in this paper. The well‐established Christensen stochastic theory of hydrodynamic lubrication of rough surfaces is used to incorporate the effects of surface roughness into the Reynolds equation. The analysis takes into account the flexibility of the porous liner by using a thin liner model. The effects of velocity slip at the surface of the porous medium are considered in the analysis by using the Beavers‐Joseph criterion. The mathematical model is then solved numerically by finite‐difference methods for mean hydrodynamic pressure, which in turn gives the hydrodynamic load. The effects of the surface roughness parameter, surface pattern, eccentricity ratio, length‐to‐diameter ratio, permeability parameter, and flexibility parameter on the hydrodynamic load‐carrying capacity, attitude angle, and friction factor are discussed.     

分形结构中流体流动及传热研究综述

分形理论于20世纪70年代被首次提出,用于描述不规则复杂结构,目前已在能源、化工、材料、地质等领域得到广泛应用,特别是分形结构中的流动与传热问题一直是国内外关注的热点课题.文中首先简单概述了分形理论,在此基础上从树状分形结构、多孔介质、仿蜂巢结构以及翅片结构等方面阐述了分形结构在流动和传热领域的国内外研究现状,重点突出了分形结构对流动换热起到强化作用这一研究主题.最后总结了分形理论在解释自然存在的分形结构具有的优越传热传质性能的优越性,同时也展望了分形理论在设计构造更加优越的散热结构方面的前景.