单晶锗脆塑转变纳米划痕实验研究

为控制单晶锗脆塑转变临界状态,基于公式对单晶锗脆塑转变时的临界载荷进行了预测,采用纳米压痕仪对单晶锗(110)晶面进行了变载荷纳米划痕实验和恒定载荷纳米划痕实验,分析得到单晶锗(110)晶面发生脆塑转变时的临界状态,并借助原子力显微镜(AFM)对实验表面进行扫描表征。结果表明,单晶锗(110)晶面在变载荷纳米划痕实验下发生脆塑转变的临界载荷和临界深度分别为41.4mN、623nm;单晶锗(110)晶面在恒定载荷纳米划痕实验下发生脆塑转变的临界载荷和临界深度分别为30～50mN、500～900nm,验证了变载荷纳米划痕实验结果的正确性。根据变载荷纳米划痕实验结果修正了单晶锗(110)晶面在固定实验参数下发生脆塑转变临界深度理论计算公式,为分析单晶锗微纳米尺度塑性域切削提供数据支持。     

单晶锗纳米尺度二次划痕特性北大核心

现有的单一划痕法磨削机理研究不能反映多个磨粒随机分布所引起的多次划痕之间的相互作用,为了阐明单晶锗磨削过程中多次划痕相互作用对材料去除机理的影响,采用Cube压头对单晶锗进行了不同刻划力的多次刻痕实验。结合Cube压头的几何形状与刻划表面的弹性回复,建立了划痕硬度模型,并对二次刻划中的划痕深度、应力场、弹性回复率、划痕硬度和摩擦特性进行分析,研究第一次刻划时载荷变化对于后续刻划的影响。结果表明:随着第一次刻划载荷的增大,二次刻划时单晶锗的脆塑转变的临界载荷、临界深度、弹性回复率和划痕硬度均在减少,幂函数对于切向力、法向力与刻划深度的拟合准确度降低;最大主应力增加,导致裂纹不断扩展,最终造成材料发生脆性断裂。     

采煤机液压元件深槽表层定心磨削加工参数优化分析

为了提高深槽结构件表面的磨削加工精度,采用信号过滤的方式对磨削力进行测定,研究砂轮转速对深槽磨削加工表层磨削力和表面形貌的影响。研究结果表明:当砂轮转速增大后,引起切向切削力与法向切削力的同时下降,法向切削力比切向切削力高。砂轮转速增大会引起磨削区内产生更多的磨粒数量,最大未变形切屑厚度减小,导致成屑磨粒的切入深度降低。当砂轮转速增大后,表面粗糙度发生线性降低,产生了沿切削方向分布的划痕,降低最大未变形切削厚度,使磨粒成屑过程需要切入的工件表面深度随之降低,减小了耕犁条纹的深度,形成更小的切削力。     

加工参数对单晶锗表面粗糙度扇形分布的研究

单点金刚石车削单晶锗端面时,其表面粗糙度易呈现明暗扇形域相间分布的现象,达不到使用标准,而该现象的出现与加工参数密切相关。通过正交试验,研究了刀尖圆弧半径、切削深度、进给量对单晶锗表面明暗域粗糙度扇形分布的影响。将数据进行方差和极差分析,结果表明:刀尖圆弧半径、切削深度、进给量,对单晶锗表面粗糙度明暗扇形分布都有影响,进给量对其影响显著,而刀尖圆弧半径和切削深度对其影响较显著;刀尖圆弧半径与明暗扇形域粗糙度值成反比,进给量与明暗扇形域粗糙度值成正比;刀尖圆弧半径越小、切削深度越大、进给量越大,暗扇形域面积越大,明扇形域面积越小;将单晶锗表面明暗扇形域用扫描电镜观察,发现明扇形域表面光滑,主要发生塑性去除,暗扇形域出现较多凹坑,主要发生脆性破坏。根据极差分析,针对本试验,选出了一组最优加工方案为A3B1C1,即刀尖圆弧半径为2mm,切削深度为2μm,进给量为1μm/r。此结果可为实际加工做出一定参考。     

切削深度对铝合金加工过程影响的数值仿真

采用Lagrange质点坐标系描述方法，利用有限元分析软件，建立了二维热-力耦合正交直角切削有限元模型．通过网格自适应技术，模拟切屑的形成，仿真切削深度对铝合金加工变形的影响。结果表阴，切削深度对切削力的影响呈线性正比例关系。切削深度越大，切削面积和切削宽度相应增加，切削力也越大。切削深度影响切削加工产生的残余应力大小及分布，残余应力分布在工件表面以下的0．2mm以内很薄的金属层，这对于厚度较小的薄壁件加工后的变形有很大的影响。加工时，为了提高工件表面的精加工精度，降低工件表面的残余应力，在精加工时尽量采用小的切削深度。     

纳米压痕条件下单晶锗的尺寸效应研究

采用准静态法对单晶锗(111)晶面进行了纳米压痕实验,对单晶锗(111)晶面的位移-载荷曲线及硬度-压深曲线进行了分析。结果表明,在压入深度为471.36nm时,单晶锗(111)晶面的加载曲线上出现突进点,随着压入深度的进一步增加,突进点逐渐增多。该点对应为单晶锗(111)晶面由塑性变形向脆性断裂转变的临界点。单晶锗卸载曲线上出现突退点,突退点对应为单晶锗由弹性变形向塑性变形转变的临界点。单晶锗(111)晶面的硬度和弹性模量均呈现出随压入深度的增加而减小的趋势,表现出明显的尺寸效应。基于Nix-Gao模型对单晶锗(111)晶面的硬度与压深关系进行曲线拟合,得到无尺寸效应时的纳米硬度为8.399GPa,微观特征长度为131.907nm,尺寸效应因子为0.168。     

纳米压痕条件下单晶锗的尺寸效应

采用准静态法对单晶锗(111)晶面进行了纳米压痕实验,对单晶锗(111)晶面的位移-载荷曲线及硬度-压深曲线进行了分析。结果表明,在压入深度为471.36nm时,单晶锗(111)晶面的加载曲线上出现突进点,随着压入深度的进一步增加,突进点逐渐增多。该点对应为单晶锗(111)晶面由塑性变形向脆性断裂转变的临界点。单晶锗卸载曲线上出现突退点,突退点对应为单晶锗由弹性变形向塑性变形转变的临界点。单晶锗(111)晶面的硬度和弹性模量均呈现出随压入深度的增加而减小的趋势,表现出明显的尺寸效应。基于Nix-Gao模型对单晶锗(111)晶面的硬度与压深关系进行曲线拟合,得到无尺寸效应时的纳米硬度为8.399GPa,微观特征长度为131.907nm,尺寸效应因子为0.168。     

岩层钻孔过程中切削模型及影响因素分析

针对岩层钻孔过程中钻孔效率较低,以及获取地层应力较困难等问题,将钻孔过程分解为轴向压入岩体和转动切削岩体2个环节,分析了切削刃转动切削岩体的静力学关系,建立了切削刃切削力与岩体抗力之间的关系,构建了转动切削静力学模型,获得了切削深度、切削刃形状、岩体力学性质对切削力影响规律。研究结果表明:切削深度与切削力呈线性关系,切削深度越大则切削岩体切削力越大;切削力随切削刃角度的增大呈先增大后减小的变化趋势;岩石黏聚力、内摩擦角与切削力呈线性关系,黏聚力、内摩擦角越大则所需切削力越大。     

刀尖圆半径对718镍基合金热加工过程影响的有限元仿真

本文采用有限元模拟方法,研究了718镍基合金热车削过程中刀尖圆半径对切削力、切削温度以及切削区域应力的变化规律的影响。取刀尖半径的三个值(0.4、0.8和1.2 mm)。在室温和加热条件下,使用商用有限元软件Deform分析了不同刀尖圆半径下的切削力、切身抗力、切削区域应力以及温度分布情况。结果表面,无论是在室温还是在较高温度的加工条件下,随着刀尖圆半径的增大,切削力和切深抗力都增大,同时研究了切削温度、切屑厚度和切屑-刀具接触长度。为了验证仿真结果,进行了实验分析,并观察到它们之间的良好的一致性。     

7050-T7451铝合金干切削表面完整性研究

旨在探究干式切削条件下切削参数对7050-T7451铝合金表面完整性的影响规律,基于单因素面铣削实验,得到了切削参数对切削力、工件表面形貌、加工硬化和残余应力的影响规律。结果表明:切削三要素对切削力和工件表面粗糙度有着明显的影响,在切削速度较低时,X向切削力略微增大,而切削速度由500 m/min变化到1000 m/min时,X向切削力逐渐较小,随后呈增大的变化趋势,切削力与切削深度、进给量呈正相关关系。较高的切削速度和较小的进给量可以改善表面粗糙度,切削深度对表面粗糙度影响较小;加工硬化随切削速度与进给量的增大呈先增大后减小的变化趋势,而加工硬化程度与切削深度呈负相关关系;残余应力随切削参数的改变呈“勺”形分布,切削速度与进给量对残余应力的影响较大,且表层残余压应力的最大值基本在0.05~0.2 mm,而亚表层残余拉应力最大值在0.25~0.4 mm。     

高速铣削淬硬钢切削用量影响铣削力的研究

铣削力是影响铣削稳定性和刀具耐用度的重要物理参数之一,从理论上分析了切削参数(切削速度、进给速度、切削深度)对切削力的影响。给出了切削力的变化规律,为在高速切削中正确选用切削参数提供理论依据。     

高速铣削对薄壁铝合金零件切削力影响的实验分析与应用

以铝合金薄壁件为加工对象,采用单因素实验方法,研究高速铣削时切削参数对切削力的影响。通过实验分析切削速度、每齿进给量、径向切深和轴向切深对切削力的影响规律,力求为合理选择高速切削加工参数提供可靠依据。     

近距离煤层开采分组集中大巷稳定性数值模拟分析

针对西北地区某矿近距离煤层开采分组集中大巷稳定性问题,建立了近距离煤层开采分组集中大巷稳定性数值计算模型,分析了近距离煤层开采后顶板位移、顶板应力、围岩应力演化规律、锚杆（索）预应力场以及裂隙场演化规律。结果表明：（1）近距离煤层开采之后,大巷煤柱两侧的顶板发生断裂垮落,距离大巷煤柱越远,顶板下沉量越大;(2)随着近距离煤层开采,大巷之间保护煤柱的集中应力逐渐消失,工作面两侧大巷保护煤柱中出现10 MPa的应力集中现象,应力降低区范围大大增加,应力转移到左右工作面大巷保护煤柱中;（3）随着煤层开采,大巷围岩在地应力场与锚杆（索）预应力场的叠加场影响最小主应力的压应力逐渐增加,并在巷道周围形成了一个闭合连续的压应力带,其范围不断增大,最小主应力值逐渐减小,且下层煤的开采使上层煤的大巷锚杆（索）所受的力增加;（5）下层煤的开采使得上层煤两侧工作面大巷保护煤柱的剪切破坏带深度增加,最大破坏深度增加14 m,下层煤的大巷只在两帮出现深度为2 m的剪切破坏区,而两侧工作面的大巷保护煤柱出现10 m的剪切破坏。     

刮板输送机槽帮磨损及内侧曲线优化研究

针对当前刮板输送机中部槽槽帮磨损严重问题,利用刮板输送机DEM-MBD耦合模型对其运输过程进行仿真模拟。研究发现,刮板输送机从空载到满载过程中,槽帮内侧压力的集中区域从槽帮下边沿逐渐向上边沿转移,稳定满载时槽帮上边沿压力范围在9842～10890Pa,明显大于下边沿最大压力8742Pa,与槽帮上边沿磨损严重相吻合|且刮板对槽帮作用力集中在槽帮上边沿,作用力大小范围为23950～160350N,均值为85509N,是煤料对槽帮作用力均值的30.76倍,表明槽帮上边沿磨损主要是由刮板与槽帮间的刚体-刚体磨损造成的。对槽帮内侧曲线进行优化,结果表明：稳定满载时槽帮内侧压力及刮板对槽帮作用力分别降低了19.34%和42.51%,为槽帮结构优化提供了依据。     

硅铝合金车削中切削力和切削温度的研究

研究金刚石刀具切削硅铝合金时切削力和切削温度的变化规律。结果表明，在金刚石刀具精车硅铝合金时，主切削力和切削温度随进给量的增加同步增长，在切削时应尽量选取较小的进给量避免切削区温度过高。在较高切削速度时．存在一段使切削力最小的范围，切削时切削速度应尽量选在这段范围内，改善切削效果。切削温度在所选切削范围内随切削速度的增加而持续增加。     

截割参数对镐型截齿截割比能耗的影响

为了研究相关截割参数对截割比能耗的影响,基于直线截割试验装置,在不同截割角条件下,使用5种不同锥角的镐形截齿对一种砂岩进行截割试验,研究了相关角度参数对截割力和比能耗的影响;在截割角为55°时,使用锥角80°的截齿,在不同截割厚度和截线距条件下进行截割试验,探讨了截割厚度和截线距对截割力和截割比能耗的影响。试验结果表明,清理角对截割力和截割比能耗有显著的影响,当清理角过小时,截齿与岩石之间产生严重的摩擦使截割力明显较大,从而使截割比能耗较大。当清理角小于等于10°时,平均截割力随截齿锥角的增大呈线性增大,随前角的增大呈线性减小,此时截割比能耗明显小于清理角大于10°时的截割比能耗,但锥角和前角对截割比能耗未见明显的影响趋势。平均截割力随截割厚度和截线距的增大呈线性增大。截割比能耗随截割厚度的增大呈幂函数减小。截线距与截割厚度的比值存在一个最优值使截割比能耗最小,此时截割比能耗相对无截槽影响时约降低65.1%。截线距与截割厚度比值的最优值为2或3,且该比值不受截割厚度和截线距的影响。这些结论对镐型截齿工作角度的设计及采掘机械工作机构截齿布置有重要的指导意义。     

基于采煤机载荷谱的滚筒截割阻力分析

针对采煤机滚筒受力的问题,采用最大似然函数和改进的牛顿-拉夫森算法,对上湾矿采煤机的载荷谱进行分析处理,求出采煤机的截割载荷及其服从的伽玛分布的概率密度函数,进而得到牵引速度对截割载荷的影响。     

瑞利随机分布下滚筒截割载荷重构算法与数值模拟

为了获得滚筒截割载荷特性曲线,对截齿与滚筒的受力进行了分析研究,得到了截齿轴向阻力与滚筒截割载荷的数值关系,运用自制的多截齿旋转截割煤岩实验设备,进行了截齿截割煤岩实验,得到了截齿三向力曲线,建立了滚筒截割载荷随机载荷曲线重构模型,给出了载荷重构算法,利用测试数据对滚筒截割载荷进行了数值模拟,得到了滚筒截割载荷重构载荷谱。研究结果表明:实验条件下煤岩崩落周期约为0.04 s,滚筒截割载荷数值上大于滚筒上各截齿同一时刻各截割阻力之和;滚筒截割载荷与参与截割的截齿截割阻力峰值、随机分布状态、截齿位置角、煤岩崩落周期及各截齿作用位置有关;所提算法与修正离散正则化算法比较,计算速度提高了约70倍,少样本数据下,该算法精度优于修正离散正则化算法,但重构数据只在重构点处具有真实性;使用改进的FFT算法进行重构曲线数值拟合,与FFT算法相比,计算量减小为原来的1/16,计算速度提高了约27倍,拟合优度相同,均为0.94,拟合曲线在总体趋势上比较平滑,呈现月牙形,与截割厚度变化规律一致,波形特征比较容易辨识,特征值便于判断和提取。研究结果为截齿三向力与滚筒截割载荷的关联提供依据,同时为滚筒截割载荷重构及数值拟合提供高效便捷的算法。