基于分形粗糙表面的镀锌板接触与摩擦模型

在镀锌板的成形过程中,模具与坯料间的摩擦常使镀锌板的锌层发生剥落、划痕和裂纹等失效形式。为了评价镀锌板表面形貌、压力和润滑条件对界面摩擦行为的影响,选取了两种不同方法镀锌的钢板(合金化热镀锌板GA与热浸镀锌板GI)进行研究。用轮廓仪测量试样的表面形貌,用分形理论计算分形参数,获得真实接触面积与载荷的关系,然后建立镀锌板与模具之间的接触模型;并根据所建立的接触模型,构建了镀锌板表面形貌与载荷关系的摩擦模型。结果表明,所建立的摩擦模型其摩擦系数的理论值与实验值能够较好地吻合,平均误差小于10%,证明了该摩擦模型的准确性与可行性。     

机械密封磨合过程软质环端面形貌变化的分形表征

为研究和掌握机械密封磨合过程中软质环端面形貌的变化规律,在自制的机械密封试验装置上对2套B104a-70型机械密封进行了2种弹簧比压下的磨合试验,采用AF-LI型轮廓仪测量不同工作时段软质环的端面形貌参数,运用分形理论对磨合过程中表面形貌的变化规律进行表征研究。结果表明:软质环端面存在明显的磨合阶段,随着磨合过程的进行,分形维数D和特征分形参数τ*迅速增大,特征尺度系数G迅速减小,当进入正常磨损阶段后,它们都保持较稳定的数值,稳定值分别为D≈1.636、G≈5.7×10-9 m、τ*≈1 030μm。特征分形参数表征磨合表面变化规律的灵敏性高,表征效果好。端面载荷对端面分形参数的变化趋势无显著影响,且对进入正常磨损阶段后的端面分形参数的影响很小,但载荷大磨合期短,弹簧比压为0.15MPa和0.3MPa时,磨合时间分别约为170.5h和110.5h。     

固定机械结合面法向接触刚度分形模型

针对以往结合面法向接触刚度分形模型在理论计算上存在的问题,对结合面单个微凸体弹性接触阶段法向刚度,单个微凸体弹塑性接触变形阶段的法向载荷以及法向刚度进行改进,进而建立了综合考虑微凸体弹性、塑性以及弹塑性两个阶段此三种变形机制的结合面法向接触刚度分形模型.模型理论预测值与实验值的对比结果可见,所建模型能较好地预测结合面法...     

不同密封副材料的表面织构设计及其润滑和密封特性

表面织构化是提升机械密封性能的有效途径,合适的密封副材料是保证机械密封长寿命、高可靠性运行的先决条件。为获得基于不同密封副材料的表面织构设计原则,选取硬质合金/碳石墨、硬质合金/碳化硅两类密封副材料,在硬质合金密封环端面加工不同参数的直线型、V型槽表面织构,研究其润滑和密封特性。结果表明,对于硬质合金/碳石墨密封副,在密封端面加工面积率为4%、（θ,β）参数为（-30°,60°）的V型沟槽织构具有较优的减摩和抑制泄漏效果;对于硬质合金/碳化硅密封副,织构化密封端面能显著降低摩擦因数和启动力矩、促进密封端面热量排散、且不会增加泄漏,面积率为6%直槽型织构效果最优。进一步揭示了织构类型和排布形式对润滑和密封性能的作用机理,为不同工况下密封副端面织构化设计提供了参考。     

固定结合面法向接触阻尼三维分形模型

基于分形理论,考虑了摩擦因素的影响和微凸体的变形过程,将结合面法向接触动力学模型等效为弹簧和粘性阻尼器,建立了固定结合面法向接触阻尼模型及结合面间阻尼损耗因子模型.仿真结果表明,结合面法向接触阻尼系数随着分形维数、无量纲分形粗糙度参数增大而增大,随着无量纲法向接触载荷增大而减小;结合面无量纲法向接触阻尼随着分形维数的增...     

织构化机械密封的润滑与泄漏特性协调优化研究进展

针对机械密封的润滑和泄漏特性,研究发现,同时改善两特性的表面织构往往伴有较复杂的设计准则,而形式相对简单的织构设计在改善润滑性能的同时,往往导致泄漏增加。对互相矛盾的多个性能指标进行协调优化是表面织构技术在机械密封领域面临的挑战。优化算法是一种客观获得问题最优解的有效手段。鉴于此,介绍了基于单目标优化算法的表面织构形状优化研究现状,总结了基于多目标优化算法的机械密封润滑特性和泄漏特性协调优化研究的主要进展,并聚焦于同时以承载力和泄漏率为指标的螺旋槽参数和自由织构形状优化,最后分析了协调优化研究中存在的不足,并展望了其发展方向,以期进一步推进表面织构技术在密封领域的应用。     

机械结合面法向接触刚度三维分形理论模型北大核心

为了解决以往在结合面上法向接触刚度分形建模理论研究的计算过程中存在的一些问题,所以专门对结合面上单个微凸体的弹性、弹塑性接触变形模型中的法向载荷和刚度的计算过程进行了适当的改进,从而建立了一种考虑弹性、弹塑性和塑性3种变形机理的法向接触刚度模型。通过模型理论预测值与实际测量值的比较可知,所建立的分形模型可以较好地预测法向接触刚度,进一步说明了所建模型的可靠性和精度,也证实了改进算法的可行性。所建模型可以用于相关接触刚度的计算与分析,有助于对结合面的刚度动态特性做进一步的研究。     

基于分形理论的涂层质量评价指标表征现状研究

孔隙率、结合强度及表面粗糙度是评价涂层质量的重要指标。在目前的研究中,孔隙率无法描述孔隙的数量、大小和不规则形态,表面粗糙度无法同时表征涂层的整体粗糙形貌和局部细观特征。而采用分形理论对涂层的质量评价指标进行分析,可以解决上述参数定量表征中存在的不足。本文综述了国内外分形理论在涂层上述指标表征中的研究应用情况,同时,还就采用分形维数定量判定涂层滚动接触疲劳失效模式进行了展望。     

基于分形理论的疏水功能表面润湿性分析

为分析疏水功能表面的形貌参数对其润湿性的影响,以1060铝合金为基体材料,通过化学刻蚀预处理,电解刻蚀和硬脂酸修饰相结合的方法,制备疏水功能表面。通过调控化学刻蚀时间,使表面具有不同的微观形貌,进而改变其润湿性。利用扫描电子显微镜对疏水功能表面的微观形貌进行表征,利用接触角测量仪对其润湿性进行测定。基于图像处理技术,对疏水功能表面的微观形貌特征信息进行提取与分析。结果表明,同一表面在不同的放大倍数下,其灰度值分布统计具有相似的规律,说明所制备的疏水功能表面具备分形特征;利用差分盒子维数算法对表面维数进行计算,不同化学刻蚀时间所对应的表面维数与其润湿性的变化规律相吻合,说明维数是疏水功能表面的润湿性调控参数之一。     

基于CFD偏置迷宫密封泄漏特性研究

为了探究偏置状态迷宫密封的泄漏特性,使用ICEM CFD软件对迷宫密封水体模型进行结构化网格划分,并选择标准k-ε湍流模型,以不可压缩流体为工作介质对不同偏心率的迷宫密封进行了数值模拟计算,分析了不同间隙和压比对偏置迷宫密封泄漏特性的影响。结果表明:迷宫密封在偏心率不变的情况下,密封泄漏量随着节流间隙的增大而增加;密封泄漏量随着压比的增大而增加,且在高压比工况下,泄漏量随偏心率的变化更加明显。     

微动接触中分形粗糙表面的温升分布研究

目的 研究不同分形参数下表面粗糙度对微动接触表面温升的影响。方法 通过创建Python脚本,将MATLAB中利用Weierstrass-Mandelbrot函数构造的分形表面轮廓坐标导入ABAQUS中,使用样条曲线拟合轮廓坐标,构建包含粗糙表面的二维柱面-平面接触模型,研究表面粗糙度、法向载荷、切向载荷以及材料属性对接触表面温升的影响规律。结果 微动接触状态下,温升在接触宽度方向上呈先增后减的趋势,且沿深度方向温升幅值逐渐减小。不同粗糙度的表面节点具有相似的温升分布历程,热影响区主要分布于接触区表层附近,并在此表层产生高的温度场。粗糙接触模型会出现局部温升峰值,同时剪切摩擦应力和接触压力分布具有离散性,与文献中已有结论一致。结论 接触表面温升幅值随着粗糙度的增大而增大。当表面粗糙度和法向载荷一定时,随着切向载荷幅值的增大,上试件的相对滑移距离和摩擦热产生率增加,引起温升幅值增大。考虑材料属性时,发现温升幅值大小与材料导热性密切相关,材料导热性能越好,接触表面温升幅值越小。     

界面接触温度对等离子喷涂封严涂层性能的影响

用等离子喷涂制备航空封严涂层.通过改变冷却气压力的方式,调节喷涂过程中的基体温度,从而研究界面接触温度对涂层性能的影响.用OM和SEM观察封严涂层的组织形貌,用XRD分析封严涂层的物相组成,并对封严涂层进行摩擦磨损试验和冲蚀试验,研究界面接触温度对封严涂层的磨损性能和冲蚀性能的影响.试验结果表明,等离子喷涂封严涂层能够获得典型的蜂窝状组织结构.提高喷涂过程中接触温度能够提高涂层的显微硬度、沉积率与抗冲蚀性能,但涂层的可磨耗性能有所降低.     

表面粗糙峰坐标点云重构的金属-橡胶接触分析

目的 通过金属-橡胶微观接触面粗糙峰坐标点云重构,建立外部载荷与接触面积、微观接触状态之间的联系.方法 基于粗糙表面的自相关函数和高斯分布函数,获得金属-橡胶粗糙接触面数据点云坐标,利用ANSYS APDL方法,建立金属-橡胶接触模型,对两种表面粗糙度(分别为1.6μm和3.2μm)的4种接触情形进行有限元接触分析,确定模型的可靠性.结果 随着外部载荷的增加,经数据点云重构后的粗糙表面,其接触面积呈非线性增加.载荷较小时,外加载荷每增加0.1 MPa,接触面积增加约6％;大载荷时,外加载荷每增加0.1 MPa,接触面积增加约1.5％.接触状态中,滑移占比为12％左右,近场和粘着呈完全相反的变化趋势.结论 随着外加载荷的增加,界面的真实接触面积呈幂指关系增加.同一载荷下,真实接触面积随表面粗糙度的增加而减小;随着外加载荷的增加,界面间的接触状态由近场接触向粘着接触转变.接触面积和粘着状态是界面间磨损粒子的分布范围和大小的确定因素,对于准确描述载荷传递和随之发生的磨损过程有着重要意义.根据橡胶表面的应力分布和变形情况,解释了粘着接触状态促使橡胶一侧微凸体脱落成为磨损颗粒,证明磨粒磨损是刚柔接触界面的主要磨损形式.     

分形理论在机械设备状态监测与故障诊断中的应用

分形理论是研究非线性问题的重要手段.介绍分形理论的基本概念,对分形特征进行了数学描述,并提出各种分形维数的计算方法和应用范围,论述分形理论在机械设备状态监测、磨损失效分析、断裂和裂纹失效分析、腐蚀失效分析和超声波检测等方面的应用.     

基于界面相互作用的黏附接触数学模型研究进展

黏附接触现象在各个领域都有着很重要的作用和影响。若要分析物体间的黏附接触行为,则建立相应的数学模型是有效的方法之一。现有文献中的数学模型种类繁多,对于不同受力情况下的黏附现象所适用的理论也不尽相同。针对常见的黏附现象,按照其不同的受力形式分为弹性体接触、粗糙表面黏附及基材表面剥离等几大类,分别对以上几类接触行为采用的理论模型及其应用进行了归纳分析整理。综合叙述了基于计算机模拟技术的现代仿真模型的基本原理、应用和发展,重点介绍了适用于一般物体之间黏附行为分析的通用模型,以期为黏附接触领域的研究和建模提供指导和参考。对于弹性体接触的情况,重点介绍了经典力学接触理论的基本公式和适用类型,包括Hertz接触理论、JKR模型和DMT模型等,并依据Tabor数讨论了JKR模型与DMT模型的差异。对于粗糙表面的黏附接触,重点介绍了Greenwood和Williamson(GW模型)所提出的多凸起模型的基本理论和局限性。对于材料的表面剥离情况,重点介绍了剥离力学中应用最广泛的Kendall剥离模型的基本理论。对于现代仿真技术手段,重点介绍了分子动力学模型(MD模型)和有限元模型(FEM)的基本思想和优缺点。之后分别对以上各类模型的拓展完善、应用领域及研究进展进行了归纳总结,最后对黏附接触领域数学模型的发展方向进行了展望。     

机械密封试验机用传感器选型及误差分析

机械密封试验机是进行机械密封装置基础研究和性能检测的重要装备。试验机由计算机自动控制,运用高精度传感器测试实验数据,并由订‘算机采集和处理。本文主要介绍传感器的选型及误差分析。     

圆柱曲界面对横波接触法周向超声检测可靠性的影响

在圆柱曲界面上进行横波接触法周向超声检测与平界面不同,由于曲界面的存在,对超声检测的可靠性产生影响。应用声学理论建立了圆周界面超声检测的几何模型,从理论上分析研究圆周界面对超声波耦合、声场结构、探头特征参数、面积型缺陷回波特性、缺陷定位与定量等诸多方面的影响,并针对性地加工了超声试样进行试验研究,对理论模型进行验证,提出了改善曲界面影响的对策措施,并在工程实践中取得了较好效果。     

基于随机过程的三维粗糙表面接触刚度研究

目的 建立三维粗糙表面法向接触刚度的有限元模型,研究法向接触刚度对粗糙度、自相关系数、弹性模量、屈服极限等参数的敏感性。方法 首先基于随机过程理论,采用二维数字滤波技术,生成满足Gauss分布和指数自相关函数的粗糙表面,建立三维粗糙表面接触有限元模型。然后根据结合面静位移与结合面受力关系推导出静刚度表达式,得到两粗糙表面的法向接触刚度。根据中心复合试验设计方法选取的样本点和有限元计算结果,建立二阶响应面模型。最终定义了临界自相关系数,并研究了临界自相关系数与其他参数的关系。结果 有限元计算得到的法向接触刚度结果合理,与试验结果相比最大误差不超过12.34%。弹性变形、塑性变形及真实接触面积随载荷的增加逐渐增大。法向接触刚度与粗糙度呈现负相关趋势,粗糙度不变时法向接触刚度随自相关系数的增大先增大后减小;法向接触刚度与弹性模量呈负相关趋势,法向接触刚度与屈服强度呈正相关趋势,且粗糙度的改变对法向接触刚度影响最大。当压力为200 MPa时,粗糙度、自相关系数、弹性模量、屈服极限分别为0.8 μm、18.91、240 GPa、355 MPa,法向接触刚度达到最大值121.53 MPa/mm,优化后接触面的法向接触刚度提高247%,并给出了临界自相关系数选取公式。结论 所建立模型正确、准确,为粗糙表面法向接触刚度计算提供一种有效方法,可为航空发动机安装边结构设计提供理论指导。     

基于ANSYS的角接触混合陶瓷球轴承接触分析

以VEX65/NS 7CE1角接触陶瓷球轴承为研究对象,建立了基于ANSYS的有限元分析模型,对轴承的接触分析中模型的合理简化和边界条件的设定作了详尽的说明并进而求解.其结果对进一步研究陶瓷球轴承的疲劳破坏及转子系统的研究提供了重要指导基础.