接触表面摩擦学仿真设计建模研究

利用计算机仿真技术进行摩擦学设计是现代设计方法之一,其中建立合适的关系模型是仿真的重点.本文对接触表面形貌的数学模型和力学模型的建立方法和过程进行了探讨,并在Matlab、有限元分析软件ANSYS中分别实现了表面形貌的模拟仿真和接触应力仿真.分析结果表明,建立正确的仿真模型并辅以参数化设计方法是解决摩擦学仿真问题非常好的实现方法.     

表面纹理结构加工方式对柴油机缸套-活塞环摩擦副的摩擦特性影响研究

为实现柴油机缸套-活塞环系统的润滑、减磨以及降耗,为柴油机缸套表面纹理加工方式的选取提供依据,以船舶柴油机的缸套-活塞环摩擦副为研究对象,从摩擦因数、接触电阻及表面粗糙度等方面,研究不同加工方式制备的缸套表面纹理微结构的摩擦性能。结果表明：机械加工表面磨损随载荷的增加呈现逐渐上升的趋势,而化学刻蚀加工表面磨损则呈现先增后减的趋势;在低载荷时,机械加工的缸套表面摩擦学性能优于化学刻蚀加工,高载荷时化学刻蚀加工的缸套表面摩擦学性能优于机械加工的缸套表面。     

二硫化钼的粒径对聚氨酯复合材料摩擦学性能的影响

目的 研究二硫化钼(MoS2)颗粒粒径对热塑性聚氨酯(TPU)高分子材料的自润滑性能和耐磨性能的影响规律,提升TPU的摩擦学性能。方法 选用4种不同粒径(50、500 nm和5、50 μm)的MoS2颗粒,通过物理共混的方式制备新型MoS2/TPU复合材料,基于RTEC多功能摩擦磨损实验机,开展水润滑条件下的摩擦磨损试验。通过分析比较改性TPU的力学性能、摩擦系数、磨痕轮廓、表面形貌及其摩擦副接触面的元素组成与分布情况,揭示MoS2不同粒径尺寸对TPU的摩擦磨损机理的影响机制。结果 MoS2虽然削弱了TPU的部分力学性能,但摩擦过程中形成的MoS2润滑膜有效降低了TPU的摩擦系数和磨损程度。改性TPU的拉伸强度和断裂伸长率随着MoS2粒径减小呈现先增高、后降低的趋势。500 nm MoS2改性的TPU拉伸强度和断裂伸长率最大,分别为33.80 MPa和334.55%。改性TPU的平均摩擦系数和体积行程磨损率均随着MoS2粒径的减小呈现先降低、后增高的趋势,500 nm MoS2改性TPU的平均摩擦系数和体积行程磨损率最小,当载荷为40 N时分别降低了58.1%和97.8%。长时的摩擦磨损试验表明,Al2O3陶瓷球与500 nm MoS2改性的TPU磨损之后的表面S、Mo元素质量分数之和最高,为34.95%,说明小粒径MoS2更加有利于持续转移并稳定吸附在磨损表面。结论 适当粒径MoS2有利于磨损界面MoS2润滑膜的形成和抑制TPU力学性能的削弱,降低改性TPU摩擦系数和磨损量。该研究可为设计具有优异低摩擦、耐磨损性能的新型水润滑轴承复合材料提供参考。     

船舶表面微结构防污技术研究进展

海洋污损生物对船壳浸水表面的危害十分严重,基于表面微结构的防污技术是一种绿色防污方法,不会对海洋生态环境造成任何危害,近些年来得到了重点研究。文中分析了自然界中多种具有自清洁能力的动植物的表面微观结构特征;总结了表面微观结构防污机理研究方面的进展;阐述了几种现有的微观结构防污理论模型:ERI模型、纳米力梯度模型以及SEA模型。对当前常用的微米级结构、纳米级结构以及微纳复合结构的加工方法进行了综述;分析了目前微结构表面防污性能常用评价方法:实船试验方法、浅海浸泡试验方法、接触角试验方法、附着力测量试验方法以及生物附着试验方法。基于细菌、石莼孢子、硅藻和藤壶金星幼虫等典型海洋污损生物,对表面微结构的防污特性进行了分析,提出深入研究海洋污损生物的附着机理和表面微结构的防污机理,进而建立表面微结构的设计基准。多尺度微纳结构的快速精准加工和完善防污性能评价体系,是表面微结构防污发展中面临的难题和未来发展方向。     

基于随机森林算法的改性水润滑轴承摩擦性能预测*

为验证随机森林算法在预测改性水润滑轴承摩擦学性能上的可行性,利用Python编写算法,并通过已知实验数据进行仿真建模。通过已知数据对算法的准确性进行验证,其接受者操作特征（ROC）曲线的均值为0.85,证明模型的准确性较高。在不同温度及载荷工况条件下通过实验对预测模型进行验证,实验结果与预测结果间的误差均在5%左右,表明构建的随机森林模型可以用于改性水润滑轴承的摩擦学性能预测。研究结果表明：温度对于该改性水润滑轴承的平均摩擦因数有较大的影响,而负载对平均摩擦因数的影响较小,但是对于轴承的运转稳定性影响较大。     

船用内燃机轴瓦表面含MoS2的PAI/PTFE聚合物复合涂层制备及减摩抗磨研究

船用内燃机中轴瓦及曲轴工作时接触界面受力复杂，若润滑不当极易造成轴颈的黏着、擦伤、裂纹等。为改善船用内燃机轴瓦的使用寿命，在轴瓦表面制备聚酰胺酰亚胺和聚四氟乙烯（PAI/PTFE）聚合物涂层，并探讨MoS2颗粒对PAI/PTFE复合涂层摩擦性能的影响。通过喷涂-烧结法在轴瓦材料铝锡铜合金表面制备不同MoS2质量分数的复合涂层，并以轴承钢球作为摩擦配副，在3、4、5 N载荷以及干摩擦和油润滑下考察复合涂层的摩擦学性能。结果表明：在干摩擦下，MoS2质量分数为2%的复合涂层摩擦因数降低了80%以上，磨损降低了90%以上；油润滑下摩擦因数最大降低了67%。SEM和EDS分析表明，5 N载荷下，MoS2质量分数低于2%时，长时间摩擦会导致复合涂层破裂，进而产生大的摩擦磨损；而含有2% MoS2的涂层会在钢球接触表面上产生均匀的硫化物层，可以保护涂层提高其稳定性。通过对不同MoS2含量涂层的摩擦因数、磨损及磨痕形貌对比，得出较优的涂层配比。研究表明，适量的MoS2能够提高涂层摩擦膜的稳定性，减小摩擦磨损。     

网状表面织构对水润滑轴承摩擦磨损性能的影响

为研究网状表面织构对水润滑轴承摩擦性能的影响,利用ANSYS对布置有不同密度和深度的轴承模型进行流固耦合仿真,研究不同网纹条件下水膜的承载能力;使用3D打印技术制备不同深度与密度的网状纹理的试样,使用CBZ-1摩擦磨损试验机进行摩擦试验并实时采集摩擦因数,利用表面轮廓仪对试样磨损表面的形貌进行观测。仿真结果表明:在忽略空蚀的条件下,同一转速下水膜承载能力基本随着网纹深度的增加先增大后减小。试验结果表明:合适的网状纹理表面织构能够有效改善水润滑轴承的润滑条件,进而提升轴承摩擦磨损性能;在试验低速条件下间隔5 mm、深1.5 mm的网纹织构能够有效促进摩擦表面形成润滑水膜,从而大幅改善摩擦表面的润滑条件,降低约22%的摩擦因数和约38%的磨损量,同时高速工况下该网纹织构仍可降低磨损量。     

改性PBT复合材料在水润滑条件下的摩擦学性能研究

通过熔融共混法制备聚四氟乙烯(PTFE)/聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、硅灰石/PBT复合材料及芳纶质量分数为5%和10%的芳纶/PBT复合材料,对比分析4种改性PBT复合材料在水润滑条件下的摩擦磨损性能。结果表明:在中低速下,4种复合材料摩擦因数比较稳定,高速条件下,PTFE/PBT、硅灰石/PBT复合材料的摩擦因数逐渐上升,芳纶/PBT复合材料摩擦因数逐渐减小,其中芳纶质量分数为5%的改性PBT复合材料在试验时间内平均摩擦因数最小,摩擦因数稳定性最高;芳纶/PBT复合材料在试验时间内的磨损量明显小于PTFE/PBT及硅灰石/PBT复合材料,其中芳纶质量分数为5%的芳纶/PBT复合材料的磨损量最小;芳纶/PBT复合材料磨损机制主要为轻微的疲劳磨损,PTFE/PBT复合材料主要为黏着磨损,并伴随轻微的疲劳磨损,硅灰石/PBT复合材料以磨粒磨损为主。     

磨粒分析技术在骨关节炎评估中的应用研究

鉴于磨损颗粒在机械系统以及人造膝关节的磨损过程中起着主要作用,由此可以在理论上进行假设,膝关节中产生的磨粒对骨关节炎的产生和发展中有一定的影响。通过多学科领域的创新拓展探讨这种假设:利用羊的膝关节和磨损试验台进行磨损实验;对羊关节软骨和磨粒样本进行采集和分析;将磨粒样本和关节软骨样本的表面特征进行如下的关联:磨粒和关节软骨磨损特征间的关系;磨粒样本磨损特征与骨关节炎程度间的关系。为探讨硬度与骨关节炎发展的关系,对磨粒进行硬度试验。结果证明在磨损过程中产生的磨粒所携带的信息,对骨关节炎的评估和诊断是很有价值的。     

基于集对分析的滑动轴承摩擦学系统状态辨识研究

将集对分析方法用于滑动轴承摩擦学系统状态辨识,从同、异、反3个方面计算联系度来研究系统状态辨识的确定性与不确定性,将层次分析方法用于摩擦学系统监测属性权重的计算,实现集定量和定性信息于一体,据此建立基于磨粒分析的滑动轴承摩擦学系统状态辨识的集对分析模型,应用效果良好,具有计算简单、客观性强等特点,提高了状态辨识的准确性和客观性。