沟槽型织构摩擦学性能的数值模拟与实验研究

为研究沟槽型织构角度及排布形式对接触表面摩擦学性能的影响,通过有限元分析软件对不同角度及排布形式的沟槽型织构进行数值模拟,利用YLP-20型激光加工系统在不锈钢圆盘表面加工沟槽型织构,并利用UMT-2摩擦磨损仪在旋转条件下进行摩擦实验。结果表明:沟槽型织构的数值模拟结果与实验结果基本吻合,加工有织构的摩擦副其摩擦学性能得到改善,且不同角度及排布形式的沟槽型织构对摩擦副的摩擦学性能影响不同,即当摩擦速率小于300r/min时0°平行织构的摩擦因数较小;摩擦速率大于300r/min时90°平行织构有更好的减摩能力,故应用中要根据不同工况条件选择不同排布形式的沟槽型织构。     

莱洛三角形微孔织构化端面密封性能数值模拟

基于微孔型表面织构在改善机械端面密封性能方面的优势,提出了一种新型的莱洛三角形微孔表面织构,并利用数值模拟方法考察了莱洛三角形微孔织构化端面的密封性能。首先,在动环表面上分别设置圆形、三角形、莱洛三角形三种微孔表面织构。然后,利用GAMBIT软件进行3种微孔织构化密封端面模型网格划分,利用Fluent软件分析密封端面的流场特性并获得其流场压力分布。最后,总结出3种微孔织构化密封端面的开启力、泄漏率和开漏比随织构面积率、孔深、密封间隙、操作压力及转速的变化规律。结果表明：3种微孔织构化密封端面的开启力和泄漏率随着密封参数的变化具有相同的变化规律;当S_p＝10%,h_d＝3～4 μm,h_p<3 μm,p_i<0.3 MPa时,3种微孔织构化密封端面均呈现出较好的密封性能;相比于圆形、三角形微孔织构化密封端面,莱洛三角形微孔织构化密封端面具有较大的开启力和较小的泄漏率,同时具有较大的开漏比。研究成果可为微孔织构化机械端面的密封参数优化设计提供参考。     

多因素耦合下Cr35Ni45Nb钢乙烯裂解炉管损伤数值模拟

基于连续损伤力学理论,利用FORTRAN语言开发了多因素耦合下材料损伤发展的ABAQUS用户子程序,模拟了1050℃温度下,蠕变-渗碳耦合作用的Cr35Ni45Nb钢损伤发展过程。结果表明:承受单一蠕变损伤的炉管外壁最先失效,而承受蠕变-渗碳耦合作用下的炉管内壁最先开裂。单一蠕变因素下Cr35Ni45Nb钢的内壁Von-mises应力和最大主应力随着服役时间的延长出现先降低后增长的趋势。外壁的Von-mises值和最大主应力随着服役时间的延长而增大,从而导致炉管外壁的损伤发展速率高于内壁。蠕变-渗碳耦合作用下Cr35Ni45Nb钢的内壁Von-mises应力和最大主应力随着服役时间的延长而降低,而外壁则相反。     

45钢的黏结型激光微织构表面摩擦学性能及固体润滑机理分析

采用二极管泵浦声光调Q Nd:YAG激光器在45钢表面进行织构化处理,对填充不同质量分数聚酰亚胺(PI)的MoS2复合固体润滑剂织构试样在销-盘线接触摩擦磨损试验机上进行了不同工况下的滚动摩擦性能实验.利用扫描电子显微镜观察和分析材料磨损形貌和元素分布.结果表明:填充黏结型MoS2复合固体润滑剂织构表面的摩擦因数均随着载荷和转速的增大而减小,其中MoS2+20％(质量分数)PI复合润滑剂具有最佳的减摩性能.在线接触滚动过程中,存在氧化磨损、磨粒磨损和黏着磨损.高速重载能促进转移膜在对偶面形成,显示出良好的减摩性能.     

45钢表面喷丸强化工艺的模拟分析

为了研究高压水射流喷丸的工艺效果,选择合适的水射流喷丸工艺参数,利用ANSYS有限元仿真软件进行模拟分析,以玻璃为喷丸材料,45钢为靶体材料,采用LS-DYNA软件,建立喷丸与靶体的有限元模型,通过模拟喷丸冲击靶体的动态过程,得到弹坑的深度及最大残余压应力的分布情况,绘制工艺参数对弹坑深度以及最大残余压应力的关系曲线。结果表明:弹坑深度及最大残余压应力随着弹丸速度的增加而明显增加,而弹丸入射角度对于弹坑深度及最大残余压应力的影响则比较平缓;该仿真结果与试验结果相近。     

析出相对深冲DP钢组织性能及织构的影响

为了研究析出相对深冲DP钢织构的影响机制,采用Thermo-calc热力学软件计算DP钢的平衡析出相,并利用SEM、TEM与XRD等手段分析了两种不同成分的DP钢组织性能与织构演变.研究表明:试验钢的主要析出相为MC_SHP、M₇C₃、MnS和AlN;与低Mo钢相比,高Mo钢的奥氏体区被缩小,且MoC的析出温度更高,铁素体晶内与沿晶界形成了大量的纳米级MoC析出;860 ℃退火后,高Mo钢中形成了约3%的均匀弥散分布的马氏体,抗拉强度达到445 MPa,r值为1.5,而低Mo钢发生了贝氏体相变,各项力学性能明显降低;两种试验钢的热轧板织构较弱,冷轧后{223}<110>取向密度稳定增加,退火后均形成了强烈的γ纤维织构,而低Mo钢中{001}<110>织构是导致其r值偏低的主要原因.     

45钢上Ni-W-Co-B4C复合镀层的制备及其摩擦学性能

利用电沉积技术在45钢表面制备了Ni-W-Co-B4C复合镀层,并研究了油润滑磨损条件下Ni-W-Co-B4C复合镀层的磨损特性.结果表明,Ni-W-Co镀层磨损形貌中有很深的犁沟,局部并有黏着磨损的特征,镀层的抗磨损性能较差;加入B4C颗粒的Ni-W-Co-B4C复合镀层磨损形貌试验中的犁沟较浅,没有发现黏着磨损现象,但B4C颗粒与金属基体结合不牢,有颗粒脱落现象.B4C颗粒含量、大小和载荷都对复合镀层的耐磨性有影响.当镀层中含有20%(体积分数)的B4C颗粒时,磨损性能最好.     

砂浆材料SHPB实验及惯性效应的数值模拟研究

进行了砂浆材料在不同应变率下的SHPB实验,拟合实验数据得到了动态强度放大因子DIF随应变率变化的关系曲线。基于实验测得应变率时程曲线,采用简化有限元模型,对实验进行了数值模拟。该文探讨了动态压缩实验中惯性效应产生的原因,并基于数值模拟对本实验中惯性效应对材料动态强度的影响进行了剥离,得到了砂浆材料动态强度放大因子随应变率变化的固有特性曲线,并将该固有特性曲线作为数值模拟中应变率效应的输入,计算结果与实验得到的应力-应变曲线吻合较好。进一步通过比较输入CEB推荐曲线和已有半经验公式的模拟结果,验证了所提出砂浆材料动态强度放大因子固有特性曲线的优越性。     

高强钢激光电弧复合焊接温度场的数值模拟与试验研究

目的 对厚度为12 mm的HG785D高强钢进行复合焊接,获取最佳焊接工艺参数,建立适用于激光-MIG(Metal Inert Gas Welding)复合焊接的热源模型.方法 采用激光-MIG复合焊接方法进行焊接试验,建立适用于HG785D高强钢激光-MIG复合焊接的"高斯锥形体+均匀锥形体+高斯柱形体"复合热源模型...     

切屑数值模拟研究之中碳钢的高速加工

通过建立的正交切削有限元模型,采用Cockroft-Latham切屑断裂标准作为工件材料失效准则对45号钢高速加工过程进行了数值模拟,得到了崩碎状切屑的形成过程。并对切削过程中获得的切削力曲线及切削温度场分布进行了分析。加工过程中由于崩碎状切屑的不断产生导致切削力及切削温度产生较大的波动。数值模拟结果为进一步研究45号钢高速加工切削机理及切削参数优化、刀具几何尺寸的设计提供了基础。     

表面织构参数对渗氮304钢在纳米微粒添加剂润滑油作用下摩擦特性的影响

采用激光打标机在304钢基体表面刻蚀出孔径与间距数值相等的均布微坑;将激光织构的试样放入渗氮炉中进行表面渗氮处理;采用表面修饰剂对质量比为1∶1的SiO_2和TiO_2混合纳米微粒进行表面修饰后,将其(3%,质量分数)加入到基础油中,使用摩擦磨损试验机对其进行摩擦磨损实验。系统地对试样复合改性表面硬度、表面化学成分、表面形貌及摩擦磨损形貌进行研究。实验结果表明:表面织构参数影响304钢的摩擦学性能,其摩擦因数随孔径及间距的增大而减小,在摩擦过程中,织构微坑能够起到收集磨屑、存储润滑剂、降低磨损的作用;表面经盐浴渗氮处理后,其显微硬度由222.53HV0.1提高到573.63HV0.1,硬度显著提升;纳米微粒作为润滑油添加剂不仅能够产生微轴承作用将部分滑动摩擦转变为滚动摩擦,同时还能生成一层润滑保护膜。复合润滑结构与含有纳米添加剂的润滑油配合能够显著地降低磨损,使材料具有优异的摩擦学性能。     

45钢表面激光熔覆NiCrBSi涂层的组织和摩擦磨损性能

采用激光熔覆技术在45钢表面制备NiCrBSi合金涂层,利用EPMA,SEM和TEM分析了激光熔覆层的微观组织,测试了激光熔覆层在不同环境气氛压力下的摩擦磨损性能.结果表明:激光熔覆层由熔覆区(CZ)、结合区(BZ)和基底热影响区(HAZ)三个区域组成.熔覆区的组织是在γ-Ni树枝晶和γ-Ni Ni3B共晶的基体上分布着细小的CrB颗粒和Cr7C3树枝晶,结合区是基底材料和熔覆材料的混熔区,呈定向凝固特征,基底热影响区为针状马氏体组织.激光熔覆层的摩擦磨损性能与环境气氛压力密切相关,随环境气氛压力的降低,摩擦系数增大,磨损量减少.     

弹簧用51CrV4钢渗氮层微观组织与摩擦性能分析

为提高弹簧用51CrV4钢表面的耐磨性能,对其进行不同时间和温度下的渗氮处理,实验测试其微观组织,硬度以及摩擦性能。研究结果表明:渗氮层形成了未被腐蚀的明亮化合物层,扩散层由于受到浸蚀作用而转变为黑色。基底只有一种α-Fe组织。渗氮处理后形成了γ-Fe4N相、CrN相等多个物相组织。随着渗氮时间的增加和渗氮温度的增加,渗氮层厚度表现出单调增加的变化规律。渗氮后试样硬度达到950 HV以上,相对于原始试样硬度发生了明显上升。经过450℃与20 h处理后获得最小磨损率和摩擦系数,此时试样形成了较为光滑的磨痕形貌,磨损程度很小,当硬度提高后可以获得更高的耐磨能力。当温度继续上升以及时间延长后,渗氮物发生了粗化的现象,引起表面硬度减小,最终降低了耐磨性。     

W6Mo5Cr4V2高速钢WC/Co激光熔覆表面的摩擦磨损性能

为了改善高速钢表面的摩擦磨损性能,应用激光熔覆技术在W6Mo5Cr4V2高速钢表面制备出WC/Co熔覆道。采用三维数码显微镜观察熔覆试件的金相组织并借助显微硬度计测试其显微硬度。采用销盘式摩擦磨损试验机分别对高速钢和WC/Co熔覆试件进行了摩擦磨损试验,并采用三维数码显微镜观察磨损形貌。结果表明:与高速钢基材相比,WC/Co熔覆道硬度提高,熔覆试件的摩擦系数和磨损量降低;WC/Co熔覆道的磨损机制以磨粒磨损为主,熔覆道间隔以磨粒磨损和黏着磨损为主;熔覆道的硬度提高、减摩效果、散热作用以及试件表面熔覆道与间隔面的软硬交替,有助于提高WC/Co熔覆试件的摩擦磨损性能。     

表面激光织构化复合盐浴渗氮改性304钢的摩擦学特性

为了较大程度上提高304钢在各工业领域的应用,采用M-DPSS-50半导体激光打标机在304钢基体表面刻蚀出直径及间距分别为269,131μm的点坑状织构,之后采用盐浴渗氮炉对织构化表面进行渗氮处理。分别采用X射线衍射仪(XRD)、光学显微镜及显微硬度测试仪检测复合改性表面的化学成分、表面形貌及表面显微硬度;采用微机控制多功能摩擦磨损试验机测试复合改性表面的摩擦学性能。结果表明:织构化处理获取了规则的织构点坑表面,盐浴渗氮处理后表面的显微硬度达到574.27 HV1 N,大大高于304钢基体表面的222.58 HV1 N。渗氮光滑表面的抗磨减摩特性都显著优于304钢基体表面,而复合改性表面又都明显优于渗氮光滑表面,说明复合改性表面具有极为优异的抗磨减摩特性。     

射孔弹聚能射流侵彻钢靶的数值仿真与实验分析

应用ANSYS/LS-DYNA3D显式非线性有限元软件,采用ALE多物质算法对某型石油射孔弹装药结构下聚能射流形成、侵彻钢靶过程进行了数值模拟及分析,并与实验数据作了对比。结果表明,数值仿真与实验结果均值间的穿深误差为8.31%,孔径误差为15.16%,这完全满足设计需要,为今后数值计算在射孔弹装药结构优化设计方面的应用提供了参考依据。     

表面超疏水性能的数值模拟研究进展

表面超疏水是自然界中一种常见的极端润湿现象。一般认为,表面超疏水是由表面微观结构和化学成分共同决定的。超疏水表面由于独特的非润湿性能,在润湿性变化、减阻、液滴弹跳、传热、蒸发、冷凝等方面具有广泛的应用前景。总结了近年来研究人员在超疏水表面润湿性变化、减阻、液滴弹跳、传热、蒸发、冷凝等方面的数值模拟研究情况,归纳了在超疏水性能研究中常用的数值模拟方法,并对其进行了评价,指出了这些方法存在的优点和缺点,提出了超疏水性能数值模拟研究应该关注的重点和研究方向。     

金属表面织构化微孔填充干膜润滑剂的摩擦学性能

表面微孔织构化与润滑剂结合的制备技术能够有效地降低摩擦和延长工件的使用寿命.为此,研究了低成本、高效率的电解加工微孔表面织构化与MoS2干膜润滑剂的结合技术,并分析了其摩擦性能、磨痕表面及探讨微孔中润滑剂释放机理.结果表明,用电解技术加工微孔使表面织构化再填充干膜润滑剂是制备长寿命及低摩擦面的有效方法;摩擦面成膜的原因...