凹坑形貌对线接触摩擦副耐磨性的影响

在线接触摩擦副中,非光滑结构单元的凹坑、凸包、波纹、鳞片形态等表面凹坑形貌对其耐磨性有一定的影响,其中凹坑的直径、深度对耐磨性的影响十分显著。以圆形凹坑非光滑形貌为例,采用有限元仿真分析的方法,对非光滑表面凹坑不同直径和深度的磨损过程进行了分析,研究了仿生非光滑表面对摩擦副耐磨性影响的程度。研究结果表明:线性摩擦副工作过程中,凹坑间距为1 000 m的条件下,摩擦副表面的等效应力和摩擦力随着圆形凹坑直径的增大而增大,随其深度的增大而呈抛物线增长;且在凹坑直径为100 m、深度为300 m时,矩形块的耐磨性最优。     

仿生凹坑型吸盘设计与试验

为了提高吸盘的吸附性能,基于水蛭吸盘表面存在的凹坑形态,运用仿生学原理,在常规吸盘表面设计凹坑形态,使吸盘工作表面存在多个小型吸盘,提高吸盘的吸附性能。运用部分正交多项式回归分析,探究凹坑形态的直径、单排凹坑数量及排间距对吸盘吸附力的影响。试验表明,不同凹坑的形态参数对吸盘吸附力具有不同的影响效果,当凹坑直径为1.5 mm、单排凹坑的数量为40个及排间距为4 mm时,仿生吸盘在基底表面的吸附力为49.54 N,相对于标准吸盘在基底表面的吸附力提高49.21%。建立设计因素与评价指标间的数学回归模型,确定对吸盘吸附力影响的显著性主次顺序为排间距、凹坑直径、单排凹坑数量。仿真分析表明,工作表面存在的凹坑形态改变了吸附时吸盘表面接触压力及摩擦应力的分布,并且仿生吸盘工作表面的摩擦应力和接触压力均大于标准吸盘,增大了仿生吸盘在基底表面的吸附力。     

织构刀具凹坑直径对刀-屑摩擦特性的影响

通过TC4钛合金切削试验研究织构刀具的凹坑直径对刀-屑摩擦特性的影响。首先根据蜣螂体表实际凹坑尺寸设计出不同凹坑直径的织构刀具,然后采用切削试验测量非织构刀具与不同凹坑直径的织构刀具在不同进给量下的表面粗糙度和切削力及其各向分力,分析刀-屑摩擦系数、工件表面粗糙度与凹坑直径之间的关系。研究结果表明：织构刀具的刀-屑摩擦系数随着凹坑直径的增大而减小,凹坑直径为50μm、70μm时其摩擦系数高于非织构刀具,凹坑直径为100μm时其摩擦系数低于非织构刀具;工件表面粗糙度总体上随织构刀具凹坑直径的增大而增大,凹坑直径为50～100μm时,采用织构刀具加工可有效改善工件表面质量。     

基于正交设计的凹坑蜂窝板强化传热性能研究

采用CFD软件对蜂窝板在不同板片间距、凹坑直径、凹坑深度、凹坑横向间距下进行了数值模拟研究．结果表明,在一定范围内,随着Re的增大,努塞尔数Nu和阻力增大因子．f／fo成指数倍增大,范宁摩擦系数f、传热增强因子Nu／Nu。和综合传热性能增强因子η成指数倍减小;流道高度日对其各性能基本无影响;Nu／Nu。和．f／fo随着凹坑间距P的增大而减小,随着凹坑投影直径d的增大而增大,随着凹坑深度Hd。的增大而先增大后减小;η随着P和d的增大而稍微增大,随着巩的增大而减小．通过正交设计综合考虑各结构参数的影响,拟合得到凹坑蜂窝板结构的传热性能与阻力综合准则性能关系式．     

凹坑型仿生形态环块样件耐磨性能

利用试验优化设计技术,设计了9种环块样件表面凹坑形态的尺寸与分布,采用激光图形雕刻技术,在模型样件的表面加工形成了9种不同的微观凹坑型仿生形态;在相同的试验参数条件下,完成了光滑与凹坑型仿生形态环块样件的摩擦、磨损性能的对比试验;根据试验前后环块样件总体重量的测量结果,计算出了10种环块样件试验前后的磨损量、磨损率,进行了光滑环块样件与凹坑型仿生形态环块样件磨损量与磨损率的对比分析;利用正交试验设计,进行了凹坑型仿生形态环块样件磨损量与磨损率的极差分析。试验证明,在润滑状态下,具有凹坑型仿生形态的环块样件的耐磨性能均高于光滑样件;凹坑直径为100μm,凹坑横向间距为450μm,凹坑纵向间距为350μm时的耐磨效果最佳。     

表面织构对HA/ZrO_2生物陶瓷涂层摩擦磨损性能影响

采用飞秒激光器在等离子喷涂HA/ZrO_2生物陶瓷涂层表面制备不同直径的凹坑型织构阵列;采用VW-6000高速摄影仪及超景深三维轮廓仪进行织构形貌的表征;在UMT-3多功能摩擦磨损试验机上采用往复运动形式测试涂层在牛血清润滑条件下的摩擦系数,通过测量涂层磨损后磨痕深度表征涂层磨损程度.结果表明:飞秒激光加工织构具有良好的表面形貌,一定参数下的织构涂层摩擦学性能较未织构涂层有所改善,其中凹坑直径为250μm织构涂层的摩擦系数值最低,且磨损量最小.     

气动灭火炮弹体橡胶圈仿生凹坑表面减阻特性

针对气动灭火炮炮弹发射过程中弹体橡胶密封圈与炮管之间摩擦阻力大的问题,将仿生凹坑表面减阻技术应用于弹体橡胶密封圈上。建立气动灭火炮橡胶密封圈仿生凹坑减阻运动模型,采用数值模拟方法,研究弹体橡胶密封圈仿生凹坑特征直径及弹体速度对橡胶密封圈与炮管之间摩擦阻力的影响。结果表明:在相同的弹体速度下,当灭火炮弹体橡胶密封圈仿生凹坑特征直径为2mm时,减阻效果最佳,凹坑特征直径为4mm时,减阻效果最差;最大减阻率为17.191%,最小减阻率为3.158%。仿生凹坑中存储的润滑油在弹体运动时,润滑油产生拖拽泼洒而溢流到炮管内壁,对炮管内壁和橡胶密封圈起到润滑作用,达到减小摩擦阻力以及提高炮弹发射速度的目的。     

表面织构对ＨＡ／ＺｒＯ２生物陶瓷涂层摩擦磨损性能影响

采用飞秒激光器在等离子喷涂ＨＡ／ＺｒＯ２ 生物陶瓷涂层表面制备不同直径的凹坑型织构阵 列;采用ＶＷ－６０００高速摄影仪及超景深三维轮廓仪进行织构形貌的表征;在ＵＭＴ－３多功能摩擦 磨损试验机上采用往复运动形式测试涂层在牛血清润滑条件下的摩擦系数,通过测量涂层磨损后 磨痕深度表征涂层磨损程度．结果表明：飞秒激光加工织构具有良好的表面形貌,一定参数下的织 构涂层摩擦学性能较未织构涂层有所改善,其中凹坑直径为２５０μｍ 织构涂层的摩擦系数值最 低,且磨损量最小．     

微凹坑相对位置变化对表面减摩性能的影响

为探讨微凹坑相对位置变化对织构化表面减摩性能的影响,在试件表面分别加工变换微凹坑列与速度方向角度、增大微凹坑横向间距减小纵向间距、以及减小微凹坑横向间距增大纵向间距等三种微凹坑相对位置变化系列的表面织构,利用理论方法分析了表面织构在产生流体动压力时微凹坑之间的相互影响,并利用往复式摩擦试验法进行研究.研究结果表明：在固定的微凹坑直径、深度和面积率下,微凹坑相对位置变化对表面织构的减摩性能具有很大的影响;与微凹坑正方形网格分布的织构化表面相比,微凹坑横向间距与纵向间距比值为r=1/3的织构化表面具有最优的减摩提高效果,在试验载荷200N、曲柄转速400r/min时,可进一步降低摩擦22.14%.     

高速铣削加工仿生表面的磨损特性分析

自然界中一些生物体由于其体表独特的微观结构可以使其在土壤中穿梭自如,这种微观结构使生物体表面有着耐磨、减阻的特性。为探究仿生表面的磨损性能,以蜣螂体表结构为仿生原型,通过高速铣削淬硬钢实验,结合已加工表面与仿生原型表面结构几何参数的对比,获得高速铣削仿生表面,并通过摩擦磨损实验分析其磨损特性。对磨损程度指标结果对比后发现:符合蜣螂体表结构几何参数的四边形凹坑形貌的耐磨性优于其他凹坑表面形貌,其中四边形凹坑形貌长宽比近似为2时,也就是行距与每齿进给量比值为2时,其耐磨性最好。     

激光制备仿生非光滑表面蠕墨铸铁的耐磨性

模仿自然界中典型土壤动物的体表形态,运用激光加工的方法在蠕墨铸铁试样表面雕刻出不同形态、不同分布间距、不同倾斜角度的仿生非光滑单元体,研究了仿生非光滑表面试样的耐磨性,探讨了磨损机制。结果表明:仿生非光滑表面试样的耐磨性均优于未处理试样;非光滑单元体形态、分布间距、倾斜角度对试样的耐磨性均有影响;其中具有网格状非光滑单元体的试样耐磨性最好,条纹状次之,点状最差;单元体分布间距减小时,可进一步提高耐磨性;非光滑单元体倾斜角度为45°时,试样的耐磨性优于0°和90°;磨损机制以黏着磨损为主。     

仿生凹坑与纳米碳化硅/镍基复合镀层耦合表面的磨损性能

为了探讨凹坑形态与纳米碳化硅/镍基复合镀层耦合表面的磨损性能,采用激光技术和电沉积技术制备了由凹坑形态和纳米碳化硅/镍基复合镀层构成的仿生耦合表面,并进行了摩擦和磨损试验。结果表明,仿生耦合表面的磨损性能高于单纯复合镀层的磨损性能;随着磨损载荷的增加和磨损时间的延长,试样表面磨损机制由以塑性磨损为主逐渐转变成以粘着磨损、磨粒磨损为主的磨损机制。     

基于沙漠蜥蜴体表仿生凹坑形态的抗冲蚀磨损机理分析

根据生物进化的科学理论和逻辑,分析了沙漠蜥蜴抗风沙冲蚀磨损的进化策略选择,并提出了风是风沙冲蚀磨损的主要因素和研究风沙冲蚀的主要矛盾点.在仿沙漠蜥蜴体表形态提取的典型凹坑形态的基础上,采用数值模拟和理论分析相结合的方法,分析了具有凹坑形态表面的空气流场形式,解释了仿生凹坑形态抗冲蚀磨损的机理,补充了沙漠蜥蜴抗风沙冲蚀的进化策略,为工程仿生设计提供了理论参考.     

C/C复合材料的摩擦磨损行为研究

利用HIT-1型球盘式摩擦磨损试验台,以C/C复合材料与GCr15钢为配副进行摩擦磨损实验。研究了C/C复合材料的摩擦系数与时间、载荷和速度的关系,分析了工况环境对摩擦系数的影响,获得了磨损量与载荷和速度的相关关系。结果表明:C/C复合材料的摩擦系数在摩擦磨损初期减小,随后在较小区间内平稳波动;摩擦系数在不同载荷条件下随速度变化趋势不同,当载荷为8 N时摩擦特性随速度变化最稳定,速度为0.576 m/s时摩擦特性随载荷变化最稳定;不同试验环境中摩擦性能呈现规律不同;C/C复合材料摩擦磨损过程中磨损率随速度缓慢增大,随载荷缓慢增大。     

风机叶片用玄武岩纤维增强复合材料的摩擦磨损性能

采用环-块式摩擦磨损试验机研究了玄武岩纤维增强环氧树脂基复合材料在不同载荷和速度下的磨损行为与机制．结果表明：在相同载荷200N时,速度对摩擦系数的影响不大,而磨损率随着速度的增加而增大;在相同速度0．84m／s条件下,摩擦系数和磨损率都随载荷的增加而增大．低速低载时磨损主要表现为粘着磨损;高速低载时有玄武岩纤维从基体中脱落,表现为磨粒磨损特征;高速高载时磨损机理为基体疲劳剥落和磨粒磨损．     

含有凹坑缺陷的发酵罐安全评定及静力分析

为了保证发酵罐的安全运行,根据GB/T19624-2004《在用缺陷压力容器安全评定》对含有轴向排列凹坑缺陷的发酵罐进行安全性评定,同时利用ANSYS对发酵罐含有不同数量及间距的凹坑进行静力分析。结果表明：轴向排列的多凹坑在缺陷深度与壁厚比值为2/3即凹坑缺陷深度为4mm时,虽然存在不同数量及间距的凹坑缺陷,但设计压力始终小于最高容许工作压力,即罐体处于安全的状态;此外,最大应力值和应力集中系数与数量和相邻凹坑间距之间有一定的规律,最大应力值和应力集中系数与凹坑缺陷的数量成正比,而与相邻的凹坑间距成反比,特别是在间距L/X≤3时其变化幅度较大,而在L/X>3后趋于恒定。     

仿生耦合功能表面应力-应变本构关系

采用试验优化设计方法对相同试验条件下凹坑形仿生光滑试样以及具有仿生耦合表面的非光滑试样进行了干摩擦磨损试验对比研究。在相同试验条件下,凹坑形仿生非光滑试样磨损率小于光滑试样,即前者耐磨性较高。在此基础上,作者进行了受压状态下试样表面应力的试验测试和ANSYS有限元计算分析,探讨了非光滑凹坑对试样表面应力-应变分布的影响。结果表明:在受力状态下,仿生非光滑凹坑改善了试样表面的应力分布,使非光滑试样表面凹坑间的区域局部应力明显小于光滑试样表面的应力,即产生了局部低应力区。本文初步提出了非光滑结构的力矩效应和应力缓释效应。     

热处理温度对化学镀Ni-P镀层组织和磨损性能的影响

利用化学镀在ZL113铝合金表面制备了非晶态Ni-P镀层,通过SEM和XRD表征了其在300℃-400℃系列温度下处理80min后表面形貌和物相组成,并用摩擦-磨损试验考察了Ni-P镀层磨损机制。结果表明,热处理使得化学镀Ni-P镀层晶粒尺寸增大,其显微硬度随热处理温度增加,呈准高斯分布,当热处理温度在350℃时,其硬度达到最大值611.2HV;热处理温度对镀层摩擦系数影响较小,Ni-P镀层磨损过程分三个阶段：磨粒磨损、粘着磨损+磨粒磨损、粘着磨损,在350℃热处理时耐磨性能最佳。     

激光制备仿生耦合制动毂的摩擦磨损性能

为提高汽车用灰铸铁制动毂的耐磨性和使用寿命,运用仿生耦合原理,采用激光雕刻技术在灰铸铁表面加工出点状、条纹状和网格状的非光滑单元体。研究了单元体的显微组织,不同激光加工能量、不同单元体形态的仿生非光滑试样的摩擦磨损性能,以及仿生耦合制动毂在实际工况条件下的使用情况。试验结果表明:仿生耦合制动毂具有优良的耐磨性和较高的摩擦系数,在实际工况下比普通制动毂寿命提高50%以上。     

片状增强体含量及形态对摩擦材料性能的影响

以自行研制的片状增强摩擦材料为对象,研究了不同片状增强体含量及径厚比对摩擦复合材料的冲击强度及摩擦磨损性能指标的。结果表明,随着增强体含量增加,其冲击强度呈一峰形分布;随其径厚比的增大,冲击强度增高;片含量与径厚比对其摩擦系数的影响,主要表现在不同工作温度阶段,其摩擦系数值较稳定;摩擦材料的磨损量随片径厚比增大而增加。蛭石片对其增强的摩擦材料的高温状态下的摩擦与磨损有较好的稳定作用。