絮凝体的三维DLA模型分形模拟

以MATLAB为平台,编写三维扩散限制凝聚(DLA)模型程序,模拟絮体的生成,计算分形维数、空隙率等参数。用回旋半径法计算絮体分形维数,为了更好地计算分形维数,采用分段线性拟合。模拟结果表明:随着凝聚粒子数目从200增加到12000,分形维数随着粒子数增大而增大,最终趋于某一定值,空隙率则随着粒子数增大而减小。即随着凝聚体中粒子数的增加,凝聚体的扩张度逐渐加大,对于以DLA模式生长的凝聚体,随机运动的粒子较易进入凝聚体内部,从而引起分形维数增加,生成的絮体结构越来越紧密。空隙率的减小是分形维数增加的首要因素。     

一个新的干摩擦结合部法向接触阻尼方程

依照矫正分形几何学理论与Hertz法向接触力学方程,建立新柔性结合部法向接触阻尼方程.考虑变化凸起顶端曲率半径与连续载荷,推出一种求导函数但非偏导函数获取办法,构建2个凸起之间互相作用的法向接触刚度方程.研究结果表明:法向接触阻尼随着表面粗糙轮廓分形维数的增大而先下降后增加;当表面粗糙轮廓分形维数小于第一拐点时,法向接触阻尼随着分形粗糙度的增大而增大;当表面粗糙轮廓分形维数大于第一拐点时,法向接触阻尼随着分形粗糙度的增大而减小;法向接触阻尼随着法向接触载荷的增大而先减小后增大.仿真曲线图中的2个拐点和1个极小值点为干摩擦结合部接触参数的优化设计提供了依据.     

石墨密封材料润滑膜形成规律及摩擦磨损研究

为了研究石墨密封材料润滑膜形成规律及其摩擦磨损特性,使用MMW-1立式万能摩擦磨损试验机分别对浸渍金属锑、浸渍树脂和人造石墨多组试样进行摩擦磨损试验.研究表明:浸锑石墨密封材料呈现快速成膜、迅速稳定的有膜润滑状态,其摩擦系数在0.08左右;浸树脂石墨密封材料因材料硬度不同而呈现有膜润滑、贫膜润滑和残膜润滑状态,摩擦系数为0.07～0.1;人造石墨表现为无膜润滑,摩擦系数在0.25左右.有膜摩擦耐磨损性能最好,贫膜摩擦耐磨损性能不稳定,无膜摩擦磨损严重.     

用小角X射线散射研究亚麻纤维分形维数与断裂强度的关系

用小角X射线散射法(SAXS)研究亚麻纤维的孔隙结构分形特征,并且分析亚麻纤维断裂强度与分形维数之间的关系.结果表明:SAXS是测试分形维数的一种有力工具;亚麻纤维的分形维数是2~3之间的分数,属于表面分形;亚麻纤维的分形维数与断裂强度之间的关系可以用二次曲线来拟合,拟合相关度R2能够达到0.908 6,具有很好的相关性,且亚麻纤维的断裂强度随着其分形维数的增大而减小.     

具有分形表面裂隙的渗流特性研究

采用有限元方法数值模拟了分形裂隙的渗流场问题.利用二元分形插值函数模型插值出裂隙的粗糙曲面,生成多个粗糙裂隙的有限元模型.根据稳态渗流问题的Darcy定律,计算不同分形维数下裂隙剖面的等效导水系数.研究表明,裂隙剖面的分形维数越大,它的粗糙程度越强,裂隙剖面的等效导水系数会随着分形维数的增加而降低.在裂隙剖面的分形维数为常数的条件下,相继对剖面两端施以逐渐增大的压力差,流体通过横断面的平均流速会随着压力差的增加而增加,而裂隙剖面的等效导水系数则会随着压力差的增加而减小.     

PEM燃料电池多孔介质扩散层分形维数的测定

为了研究质子交换膜燃料电池扩散层多孔材料微结构对仿真结果的影响,首先必须找出一种有效的方法来描述其微结构.尝试应用分形理论表征多孔材料的微结构,介绍了曲线和孔隙面积分形维数的定义,并采用盒维法对2个分形维数进行计算.计算结果表明,扩散层试样的曲线分形维数为1.144 7,面积分形维数为1.927 6.     

测度关系法评价水泥基材料孔隙SEM分形特征

目的以测度关系法对混凝土孔隙的SEM图像分形维数进行精细测量和计算,分析其孔隙分形特征.方法以砂浆中集料界面区域孔隙SEM照片为例,用测度关系法、分别以250 nm和200 nm,125 nm和100 nm不同尺度的网格测试评价界面孔隙的分形维数,与改变粗视化方法进行比较.结果传统的改变粗视化程度的方法与网格边长的关系太大,网格边长受测试条件的限制,导致误差过大,而采用测度关系法计算SEM图像孔隙显微结构分形维数比较可靠.采用测度关系法用边长差异为50 nm网格测试其孔隙分形维数为1.293 5,用边长差异为25 nm的网格测试的孔隙分形维数为1.280 9,误差只有0.012 6;当考虑中间水化产物时,用边长差异为50 nm网格测试其孔隙分形维数为1.577 3,用边长差异为25 nm网格测试的孔隙分形维数为1.570 1,误差只有0.0072;此外,考虑中间水化产物后,孔隙的分形维数增大,表明孔隙复杂程度明显增大.结论采用测度关系法计算分形维数比改变粗视化程度方法更为精细.分形理论分析评价多孔材料SEM图像孔结构分形特征是有效的,对于深入了解水泥基复合材料的内部微结构、提升性能、扩大应用具有重要意义.     

石墨含量对风电机组用铜基摩擦材料摩擦磨损性能的影响

采用粉末冶金技术制备风电机组用的铜基摩擦材料。研究在不同的摩擦速度下,石墨的含量对材料的摩擦磨损性能的影响。结果表明:材料的磨损率随着摩擦速度的增加而增加。随着石墨含量的增加,材料的磨损率增加,由于石墨破坏基体的连续性使得材料的强度降低,从而使材料的磨损率增加。材料的摩擦系数随着石墨含量的增加而降低,这是因为材料摩擦过程中摩擦表面形成具有润滑作用的摩擦膜。石墨含量为10%的材料具有较好的摩擦磨损性能。     

基于分形理论的粗糙密封表面接触模型

在修正的M-B接触模型基础上,考虑法兰与金属垫片接触属于静接触,接触界面摩擦作用对其不产生影响,建立法兰与金属垫片密封表面接触模型,得到了无量纲真实接触面积与压紧应力的关系.研究表明,真实接触面积随着垫片上压紧应力的增加而呈线性增加;在相同接触应力下,真实接触面积随着分形维数D的增大而增大,随着尺度系数C的增大而减小,即表面越光滑真实接触面积越大.这为金属垫片密封性能的研究提供了依据.     

多种因素对混凝土孔结构分形特征的影响研究

目的在分形理论的指导下,以压汞测孔为基础,探索混凝土结构形成条件与其分形特征,尤其是冻融循环后的混凝土孔隙分形特征.方法计算并分析了不同水化龄期下普通水泥和硫铝酸盐水泥孔隙分形特征的变化,研究了水泥熟料单矿物组成的孔隙分形维数.用压汞测孔的试验结果计算分析了混凝土冻融循环前后分形维数的变化.结果在180d以内水泥石的孔隙的分形维数随龄期增长而增大,在龄期为360d时,虽然总孔隙率最低,但由于水化物结晶度提高,凝胶孔含量降低,毛细孔增多,其分形维数变低;硫铝酸盐水泥水化3d～14d期间,分形维数不断增高,28d维数回落,与硅酸盐水泥长龄期的特征一致.结论在水泥熟料单矿物水化硬化孔分布特征评价中,其分形维数大小顺序为C3S>C2S>CF>C3A.C40强度等级的混凝土和C60非引气混凝土冻融循环200次后与受冻前孔隙分形维数相比有明显的变化,C100非引气混凝土冻融循环1200次后,其分形维数有明显的变化,而引气后的C60混凝土经1200次冻融循环后,其分形维数无明显变化.此外,养护条件对水泥石孔隙分形特征也有明显的影响.采用分形理论分析评价多种因素对混凝土孔结构分形特征的影响是十分有效的.     

Effect of filler on the self-lubrication performance of graphite antimony composites

Graphite antimony composites were prepared using a mechanical pressure infiltration method to force molten antimony into graphite preforms having a percolation micro-structure and a hop-pocket power filler. The micro-structural and macroscopic properties of the graphite antimony composites were analysed. Observations included metallographic analysis, physical properties and friction and wear behaviour. The results show that the wear loss is decreased by 12.24% and that the friction coefficient is re-duced by 32.61% after hop-pocket power was used. The research indicates that the hop-pocket power method gives a useful way to reduce friction coefficients and wear loss, and to increase service life and self-lubrication properties, of the graphite antimony seal-ing material as compared to carbon black.     

Research on Percolation Network and Physical Properties of Graphite/Antimony Composites

The microstructure, friction and wear behaviour of graphite preform and graphite/antimony composites are analysed based on the percolation theory of hydrodynamics to investigate the relationship between the percolation network and physical properties of graphite/antimony composites. The result shows that there are two important factors to enhance friction and wear behaviour of graphite/antimony composites at high temperature： 1） the formation of the pore network in the preform, which is called the first percolation and 2） the optimization of infiltration method in the process of infiltrating antimony, which is called the second percolation. By adding some pyrolysate and controlling the roasting process, perfect net pores and sub-micron percolation microstructure may be formed in the graphite preform. By con- trolling the infiltration process, the saturation of molten antimony infiltrating into perfect pores can be optimized.     

钢-铜磨合期磨粒分形行为的研究

在环-端面磨损试验机上,用45~#钢-铜摩擦副进行浸油磨损试验,采用由光学显微镜、摄像头、计算机数据采集装置组成的磨粒分析测试系统考察不同磨损阶段产生的磨粒,并求出多种磨粒表征参数。分析结果表明:磨损过程中产生的磨粒,其轮廓具有分形特征;磨粒分形维数的分布呈正态分布;磨粒分形维数相对于其它表征参数而言,和摩擦力相关性更大。因此,对磨粒分形维数的考察有助于了解磨损状态的转变。     

Fractal identification of wear debris group in sliding wear process

Fractal geometry was used to describe the distribution characteristics of wear debris group collected from pin-on-disc wear tester under dry friction conditions, and experimental study and theoretical analysis were made for the distribution features of wear debris group. It was found that the wear debris size distribution conforms to the fractal distribution law. Two numerical parameters, fractal dimension D and scale coefficient C,were defined with their geometric and tribological meanings and calculating methods given. It was discovered that these two parameters can be used to describe the variation law of wear status, which provide the basis for diagnosis and prognosis of tribological systems.     

QPQ表面疏松层纯磨损试验研究

在M-2000型磨损试验机上进行纯磨损试验,研究了QPQ表面改性层在浸油擦干后的滑动干摩擦磨损过程。根据磨损曲线和摩擦系数的变化,发现其摩擦磨损过程存在一个干摩擦向边界摩擦过渡的亚稳定阶段,稳定阶段的磨损率和摩擦系数仅为未浸油干摩擦磨损试验时的三分之一。利用SEM分析各阶段磨损表面形貌,QPQ表面改性层磨合阶段的主要磨损机理为黏着磨损,亚稳定和稳定阶段对应的磨损机理为显微切削和划伤。试验结果表明,QPQ表面改性层外表面存在一定程度的疏松层可以储存润滑油,降低摩擦因数,避免或减轻了黏着磨损及磨粒磨损。     

改性UHMWPE塑料的摩擦磨损性能研究

分别研究MoS2、PTFE和石墨对UHMWPE耐摩擦性能的影响。结果表明:在载荷200 N,转速400 r/min的试验条件下,UHMWPE/石墨、UHMWPE、UHMWPE/MoS2和UHMWPE/PTFE的平均摩擦系数分别为0.27,0.30,0.35和0.39。掺杂石墨(质量分数9%)降低了UHMWPE的摩擦系数,在试验过程中减少了由于摩擦而产生的热量,从而提高了UHMWPE/石墨复合材料的耐磨性能。     

磨屑破碎及分布的多重分形模拟

基于多重分行理论和磨屑尺寸分布的统计自相似性，建立了磨屑破碎过程的多重分形模型，以数论和矩阵2种方式对磨屑破碎过程和分布进行了论述，并利用多重分形模型对具体工况下磨屑破碎过程和分布进行了模拟，并将模拟结果与实验统计结果进行了对比分析．结果表明，该模型能够较精确的描述磨屑的破碎过程和分布，具有静态（磨屑分布）和动态（磨屑破碎过程）二重性；根据多重分形分形维数表达式所求出的分形维数具有惟一性，体现了多重分形表征磨屑破碎过程和分布的惟一性；该模型对磨屑破碎过程和分布的描述和预测基本不受测量仪器分辨率和取样长度的影响，因而比传统基于统计分析的模型更为合理和有效．     

分形论与材料的摩擦磨损

将分形论应用于黄铜的摩擦磨损的研究,并对黄铜材料在发生粘着磨损的动平衡过程中的不同分形结构给予了探索,分析了磨粒的分形结构与摩擦机制之间的相互关系。     

粘结石墨基固体润滑涂层的微动摩擦磨损性能

为了探讨粘结石墨基固体润滑涂层的微动摩擦磨损性能的作用机理,使用SRV微动摩擦磨损试验机对粘结石墨基固体润滑涂层在微动试验条件下的摩擦学性能以及抗承载能力进行研究,对其磨痕形貌和对偶转移膜进行分析。研究结果表明：粘结石墨基固体润滑涂层的磨损率随着试验载荷和摩擦速度的增大而减小;而摩擦因数随着试验载荷增大而减小,随摩擦速度增大而缓慢增大;在微动摩擦过程中,高载高速可以促进高质量转移膜在对偶表面形成,从而使得粘结石墨基固体润滑涂层具有良好的抗承载能力和优异的抗磨减摩性能。